EP3635146B1 - Alliage d'aluminium comprenant du lithium a proprietes en fatigue ameliorees - Google Patents

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EP3635146B1
EP3635146B1 EP18748959.6A EP18748959A EP3635146B1 EP 3635146 B1 EP3635146 B1 EP 3635146B1 EP 18748959 A EP18748959 A EP 18748959A EP 3635146 B1 EP3635146 B1 EP 3635146B1
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EP
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alloy
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product according
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Mathieu REVIL-BAUDARD
Philippe Jarry
Bernard Bes
Fanny MAS
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Constellium Issoire SAS
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to aluminum-based 2XXX alloy products comprising lithium, more particularly, such products, and their use, intended in particular for aeronautical and space construction.
  • Aluminum alloy products are developed to produce structural elements intended in particular for the aeronautical industry and the space industry.
  • Aluminum-lithium alloys are particularly promising for manufacturing this type of product.
  • the specifications imposed by the aeronautical industry for fatigue resistance are high and are particularly difficult to achieve for thick products. Indeed, given the possible thicknesses of the cast plates, the reduction in thickness by hot deformation is quite low and consequently the sites linked to the casting on which the fatigue cracks are initiated only see their size slightly reduced over time. during hot deformation.
  • Al-Li alloys offer generally higher property trade-offs than conventional alloys, especially in terms of trade-off between fatigue, damage tolerance and mechanical strength. This makes it possible in particular to reduce the thickness of the wrought Al-Li alloy products, thus further maximizing the weight reduction they provide. The current stresses are however increased, inducing then higher risks of initiation of fatigue cracks. It is therefore of interest to improve the fatigue resistance of Al-Li alloy products.
  • WO 2012/110717 it is proposed to improve the properties, in particular in fatigue, of aluminum alloys containing in particular at least 0.1% of Mg and/or 0.1% of Li to carry out an ultrasonic treatment during casting. However this type of treatment requires a substantial modification of the casting furnace and remains difficult to carry out for the quantities necessary for the manufacture of thick sheets.
  • alloys that may include 3.4-4.2 wt% Cu, 0.9 - 1.4 wt% Li, 0.3 - 0.7 wt% Ag, 0.1 - 0, 6% by weight of Mg, 0.2 - 0.8% by weight of Zn, 0.1 - 0.6% by weight of Mn and 0.01 - 0.6% by weight of at least one controlling element the granular structure, the remainder being aluminium, incidental elements and impurities.
  • Requirement WO 2015/086921 describes alloys comprising, in % by weight, Cu: 2.0 - 6.0; Li: 0.5 - 2.0; Mg: 0-1.0; Ag: 0 - 0.7; Zn 0 - 1.0; and at least one element selected from Zr, Mn, Cr, Sc, Hf and Ti, the amount of said element, if selected, being 0.05 to 0.20% by weight for Zr, 0.05 to 0 .8% by weight for Mn, 0.05 to 0.3% by weight for Cr and for Sc, 0.05 to 0.5% by weight for Hf and 0.01 to 0.15% by weight for Ti , the remainder being aluminium, incidental elements and impurities.
  • Al-Cu-Li alloys are known from the "International alloy designations and chemical composition limits for wrought aluminum and alloy" published by The Aluminum Association.
  • the AA2050, AA2055, AA2098, AA2099 alloys are known.
  • the AA2050, AA2055, AA2098, AA2099 alloys are known.
  • the AA2050, AA2055, AA2098, AA2099 alloys are known.
  • Cr and/or V of 0.005 to 0.045% by weight made.
  • the subject of the invention is a rolled, extruded and/or forged product according to claim 1.
  • said wrought product contains substantially no V and/or Cr dispersoids.
  • the invention also relates to an as-cast aluminum-based 2XXX alloy product according to claim 12.
  • Said as-cast product has more dendritic grains compared to those of an as-cast alloy product of the same composition except for its V and Cr content.
  • the subject of the invention is an aircraft structural element, preferably an intrados or extrados element, the skin and the stiffeners of which come from the same starting product, a spar or a rib, comprising a rolled product, extruded and/or forged above.
  • the thickness of the sections is defined according to standard EN 2066:2001: the cross section is divided into elementary rectangles of dimensions A and B; A always being the largest dimension of the elementary rectangle and B being able to be considered as the thickness of the elementary rectangle.
  • the static mechanical characteristics in tension in other words the breaking strength R m , the conventional yield strength at 0.2% elongation R p0.2 , and the elongation at break A%, are determined by a tensile test according to standard NF EN ISO 6892-1 (2016), the sampling and direction of the test being defined by standard EN 485 (2016).
  • the stress intensity factor (K 1C ) is determined according to standard ASTM E 399 (2012).
  • the IQF corresponding to the median, ie 50% rupture for 240,000 cycles, is reported.
  • the digital analysis of the image consists of an iterative closing of the image with an increasing step.
  • the step i which closes the image C i is defined by i successive dilations of the image of the same object (a dilation consisting of the replacement of each pixel of an image by the maximum value of its neighbors) followed by i successive erosions of the image of the same object (an erosion consisting of the replacement of each pixel of an image by the minimum value of its neighbors) of the image d, (note that the operations of erosion and dilation are not commutative).
  • the area ratio A which represents the areal fraction of the objects, is plotted against the number of closing steps i .
  • a sigmoidal curve is obtained, which is then fitted by a sigmoidal function in order to extract the characteristic parameters p ⁇ and s ⁇ , knowing that p ⁇ is the abscissa of the inflection point, expressed in units of length, and s ⁇ the slope at the point of inflection of the sigmoidal curve.
  • the parameter p ⁇ represents the average distance between particles present in the matrix.
  • s * ⁇ ⁇ HAS max ⁇ HAS min 4
  • 1/s ⁇ is proportional to the standard deviation of the distribution of distances to the first neighbor between particles.
  • the parameter s ⁇ is therefore a measure of the regularity of the distribution of the phases in the matrix.
  • the semi-quantitative evaluation is carried out from micrographs of samples, taken at quarter or half thickness of the casting plates, after anodic oxidation (diluted HBF4 solution, no-load voltage of 30V, attack time between 60 and 180 sec).
  • Example 1 (Table 3, figure 1 and 2 ) illustrates in detail the correspondence between a score of 0, 1 or 2 as described previously and the micrographs.
  • Figures la and 2a are representative of a score of 0, the figure 1c and 2c with a score of 1 and the figure 1b and 2b with a score of 2.
  • the microstructure of the wrought sheets is characterized at half-thickness (t/2) and at quarter-thickness (t/4) by scanning electron microscopy in order to determine the dispersion and the size of the intermetallic phases. at the micrometric scale.
  • Intermetallic phases also known under the name “constitute particles”, are insoluble phases formed during solidification, for example Al 6 (FeMn), Cu 2 FeAl 7 or FeAl 3 phases. Their size is greater than 1 ⁇ m, typically between 2 and 50 ⁇ m.
  • a sheet is according to the invention a rolled product of rectangular cross-section whose uniform thickness is at least 6 mm and does not exceed 1/10th of the width.
  • structural element or "structural element” of a mechanical construction is used here to mean a mechanical part for which the static and/or dynamic mechanical properties are particularly important for the performance of the structure, and for which a structural calculation is usually prescribed or performed. These are typically elements whose failure is likely to endanger the safety of said construction, its users, its users or others.
  • these structural elements include in particular the elements that make up the fuselage (such as the fuselage skin), the stiffeners or stringers of the fuselage, the bulkheads (bulkheads), the frames of fuselage (circumferential frames), the wings (such as the wing skin), the stiffeners (stringers or stiffeners), the ribs (ribs) and spars (spars)) and the empennage composed in particular of horizontal and vertical stabilizers (horizontal or vertical stabilizers), as well as floor beams, seat tracks and doors.
  • the present inventors have found that, surprisingly, it is possible to obtain sheets in an aluminum-based 2xxx alloy, that is to say in an Al-Cu alloy, either according to the definition of The Aluminum Association of aluminum alloys whose major addition element is copper and whose content of addition element is greater than 1% by weight, comprising lithium having improved fatigue performance while having toughness properties and mechanical strength properties advantageous statics by selecting specific and critical quantities of chromium and/or vanadium to said alloy, more particularly by specifically adding from 0.025 to 0.045% by weight of Cr and/or V.
  • the alloy comprises from 0.035 to 0.043% by weight of Cr and/or V.
  • Vanadium and/or chromium are generally added in aluminum alloys as grain refining elements. or grain structure control elements in the same way as zirconium, scandium, hafnium, manganese or also elements belonging to the rare earth family.
  • the grain refining elements are generally added in quantities of 0.05 to 0.5% by weight so as to form dispersoids during the homogenization and reheating stages.
  • the role of dispersoids is in particular to prevent the migration of grain boundaries and dislocations during subsequent process steps. This notably prevents recrystallization during steps such as solution treatment.
  • Dispersoids are fine precipitates that form during high temperature thermal operations. For example ZrAl 3 , Al 12 (FeMn) 3 Si and Al 12 Mg 2 Cr. Their size is less than 1 ⁇ m, typically 0.01 to 0.5 ⁇ m.
  • the critical amount of Li and V and/or Cr contained in the 2XXX alloy according to the invention affects the microstructure of the as-cast product as well as that of the final wrought product and the present inventors have demonstrated improved properties of the products according to the invention compared with those of known products, in particular in terms of fatigue properties. More particularly, and this in particular for products with a thickness of 12 to 175 mm, preferably 30 to 140 mm, the present inventors have demonstrated an improvement in fatigue and also in toughness and static mechanical resistance of the products according to the invention. compared to those of known products having a similar composition except for the critical V and Cr content.
  • the lithium content of the products according to the invention is from 0.05 to 1.9% by weight.
  • the lithium content is 0.5 to 1.5% by weight, more preferentially from 0.7 to 1.2% by weight and, even more preferentially from 0.80 to 0.95% by weight.
  • the alloy of the products according to the invention is a 2XXX alloy comprising from 3.2 to 4.0% by weight of Cu.
  • the alloy of the products according to the invention further comprises magnesium.
  • the magnesium content of the products according to the invention is then advantageously between 0.15 and 0.7% by weight and preferably between 0.2 and 0.6% by weight.
  • the magnesium content is at least 0.30% by weight, preferably at least 0.35% by weight and more preferably at least 0.38% by weight.
  • the magnesium is between 0.30 and 0.40% by weight.
  • the alloy of the products according to the invention comprises less than 0.8% by weight of Zn, preferably less than 0.7% by weight of Zn.
  • the zinc content is between 0.45 and 0.65% by weight, which can contribute to achieving an excellent compromise between toughness and mechanical strength.
  • the alloy according to the invention advantageously comprises less than 0.15% by weight of Ag, preferably less than 0.1% by weight and even more preferably less than 0.05% by weight.
  • the alloy according to the invention comprises less than 0.05% by weight of Zn.
  • the alloy according to the invention advantageously comprises more than 0.2% by weight of silver, preferably between 0.3 and 0.5% by weight of Ag and even more preferably between 0. 3 and 0.4% by weight of Ag.
  • the alloy of the products according to the invention further comprises from 0.07 to 0.15% by weight of Zr, preferably from 0.07 to 0.11% by weight of Zr and, more more preferably from 0.08 to 0.10% by weight of Zr.
  • the manganese content of the products according to the invention is between 0.1 and 0.6% by weight, preferably 0.2 and 0.4% by weight, which makes it possible to improve the toughness without compromising the resistance. mechanical.
  • the sum of the iron content and the silicon content is at most 0.20% by weight.
  • the iron and silicon contents are each at most 0.08% by weight.
  • the iron and silicon contents are at most 0.06% and 0.04% by weight, respectively.
  • the alloy also contains at least one element which can contribute to grain size control selected from Hf, Ti and Sc or another rare earth, the amount of the element, if selected, being from 0.02 to 0 , 10% by weight for Sc and other rare earth; 0.02 to 0.5% by weight for Hf and 0.01 to 0.15% by weight for Ti.
  • at least one element which can contribute to grain size control selected from Hf, Ti and Sc or another rare earth the amount of the element, if selected, being from 0.02 to 0 , 10% by weight for Sc and other rare earth; 0.02 to 0.5% by weight for Hf and 0.01 to 0.15% by weight for Ti.
  • Preferably, between 0.02 and 0.10% by weight of Ti is chosen, advantageously between 0.02 and 0.04% by weight.
  • the product is made of an aluminum-based alloy comprising, in% by weight, in addition to the aforementioned critical content of Cr and/or V, Cu: 3.2 - 4.0; Li: 0.80 - 0.95; Zn: 0.45 - 0.70; Mg: 0.15 - 0.7; Zr: 0.07-0.15; Mn: 0.1 - 0.6; Ag: ⁇ 0.15; Fe + Si ⁇ 0.20; at least one of Ti: 0.01 - 0.15; Sc: 0.02-0.1; Hf: 0.02-0.5; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, rest aluminium.
  • the product according to the invention is produced from an AA2050 alloy comprising the aforementioned critical content of Cr and/or V.
  • the process for manufacturing the products according to the invention comprises steps of producing a bath of liquid metal; casting; homogenization; rolling, forging and/or extrusion; dissolution ; quenching; stress relief and optionally income.
  • a liquid metal bath of aluminum-based 2XXX alloy comprising from 0.05 to 1.9% by weight of Li and from 0.025 to 0.045% by weight of Cr and/or V is prepared.
  • the liquid metal bath is then cast in a raw form typically a rolling plate, a forging blank or an extrusion billet.
  • the microstructure of the product according to the invention differs from that of the products of the prior art right from the casting step.
  • the as-cast alloy product according to the invention has in particular more dendritic grains compared to those of a as-cast alloy product of the same composition with the exception of its specific and critical content of V and Cr.
  • the as-cast product is then advantageously homogenized at a temperature of between 450° C. and 550° C. and preferably between 480° C. and 530° C. for a period of between 5 and 60 hours.
  • the as-cast product is generally cooled to ambient temperature before being reheated in order to be hot deformed.
  • the purpose of the heating is to reach a temperature advantageously comprised between 400 and 550° C. and, preferably, of the order of 500° C. allowing the deformation of the raw form.
  • Hot deformation can be done by rolling, forging and/or extrusion.
  • the hot deformation is carried out by rolling and/or forging so as to obtain a rolled and/or forged product whose thickness is preferably at least 12 mm, more preferably at least 30 mm and even more preferably at least 40 mm.
  • the rolled and/or forged product also has a preferred thickness of at most 175 mm, more preferably of at most 140 mm and even more preferably of at most 110 mm.
  • the wrought product thus obtained is then put into solution by heat treatment preferably between 490 and 550° C. for 15 min to 8 h, then quenched typically with water at room temperature.
  • the product then undergoes controlled stress relief, preferably by traction and/or compression, with a permanent deformation of 1 to 7% and preferably of at least 2%.
  • the rolled products preferably undergo controlled traction with a permanent deformation at least equal to 3.5%.
  • the preferred metallurgical states are the T84 and T86 states, preferentially T84.
  • Known steps such as rolling, leveling, straightening, shaping can optionally be carried out after solution treatment and quenching and before or after controlled traction.
  • Tempering is optionally carried out comprising heating at a temperature of between 130 and 170° C. for 5 to 100 hours and preferably from 10 to 50 hours.
  • the rolled and/or forged product has a thickness of between 30 and 140 mm, more preferably still between 40 and 110 mm and even more preferably between 40 and 75 mm.
  • the alloy according to the invention is particularly intended for the manufacture of rolled and/or forged products and, more particularly, of rolled products.
  • the products according to the invention can advantageously be used in structural elements, in particular aircraft structural elements.
  • a structural element incorporating at least one product according to the invention is advantageous, in particular for aeronautical construction.
  • the products according to the invention are particularly advantageous for the production of products machined in the mass, such as in particular intrados or extrados elements whose skin and stiffeners come from the same starting product, spars and ribs, likewise than any other use where these properties could be advantageous
  • Table 1 Composition in % by weight of the Al-Cu-Li alloys cast in plate form. Alloy Whether Fe Cu min mg Zn You Zr Li Ag V CR HAS 0.02 0.03 3.60 0.38 0.34 - 0.03 0.08 0.92 0.36 0.04 - B 0.02 0.04 3.60 0.35 0.34 - 0.03 0.08 0.93 0.37 - 0.04 C (2050) 0.03 0.04 3.60 0.38 0.33 - 0.03 0.09 0.90 0.35 - - D (2050) 0.03 0.04 3.50 0.35 0.33 - 0.04 0.08 0.92 0.35 - - -
  • Samples were taken at half-thickness (t/2) and at quarter-thickness (t/4) of certain casting plates in order to measure the size of the casting grains and the parameters p ⁇ and s ⁇ characterizing the fineness and the uniformity of microsegregation.
  • the parameter s ⁇ is more significant to describe the regularity of the distribution of particles while the parameter p ⁇ is more significant to describe the smoothness of their distribution spatial.
  • the results are presented in Table 2 and compared to the average values of a typical AA2050 alloy.
  • Table 2 Grain size and parameters s ⁇ sup> ⁇ /sup> and p ⁇ sup> ⁇ /sup> evaluated at half-thickness (t/2) and at quarter-thickness (t/4) of the casting in Al-Cu-Li alloys. Alloy p ⁇ ( ⁇ m) s ⁇ ( ⁇ m -1 ) Grain size ( ⁇ m) t/2 t/4 t/2 t/4 t/2 t/4 HAS 58 53 1.3 1.5 305 212 B 81 76 1.1 1.2 281 215 AA2050 120 115 0.68 0.82 200 150
  • score 0 predominantly globular grains
  • score 1 weakly dendritic grains
  • score 2 strongly dendritic grains.
  • the semi-quantitative evaluation was carried out using micrographs of the samples after anodic oxidation (diluted HBF4 solution, open circuit voltage of 30V, attack time between 60 and 180 s).
  • Table 3 summarizes the scores assigned to the different samples.
  • the figure 1 and 2 present micrographs obtained for samples taken at mid-thickness ( Fig. 3 ) and quarter-thickness ( Fig. 4 ) alloy casting plates A (Fig. 3b and 4b), B (Fig. 3c and 4c) and C (Fig. 3a and 4a).
  • Plates A and B have larger and more dendritic casting grains compared to those of plate C.
  • Example 1 Some casting plates from Example 1 were homogenized at 505°C for about 12 hours and then scalped. The plates were hot rolled to obtain sheets having a thickness of 60 mm. They were dissolved at 527°C and quenched with cold water. The sheets were then stretched with a permanent elongation of 3.7%.
  • the sheets were tempered at 155°C for approximately 20 hours.
  • Table 4 Static mechanical properties obtained for the various sheets. Alloy Rp02 (MPa) Rm (MPa) HAS (%) Rp02 (MPa) Rm (MPa) HAS (%) Rp02 (MPa) Rm (MPa) HAS (%) L-direction Direction TL CT Steering HAS 513 537 11.8 490 531 10.1 461 528 6.3 B 511 539 11.1 491 533 10.1 465 532 5.7 C (2050) 490 516 10.7 473 513 10.1 451 513 5.5 D (2050) 492 518 11 484 525 9.4 448 514 7.5 Alloy K1C LT (MPa ⁇ m) K1C TL (MPa ⁇ m) K1C SL (MPa ⁇ m) HAS 44.9 35 33.6 B 42.9 32.5 31.7 C (2050) 46 36 28 D (2050) 40 31 28
  • Sheets A and B have an overall compromise of mechanical strength properties Rp0.2/toughness K1C improved compared to that of sheets C and D in alloy 2050 according to the prior art.
  • Sheets in alloys A and B have improved fatigue properties compared to sheet D.
  • Table 7 Composition in % by weight Al-Cu-Li cast in plate form. Alloy Whether Fe Cu min mg Zn You Zr Li Ag V CR E 0.03 0.04 3.57 0.34 0.44 0.52 0.03 0.10 0.87 0.026 0.041 - F 0.03 0.05 3.58 0.34 0.43 0.60 0.03 0.11 0.86 0.002 0.040 - G 0.02 0.04 3.61 0.34 0.43 0.61 0.03 0.11 0.85 0.010 0.042 - H 0.03 0.04 3.45 0.33 0.34 0.56 0.03 0.10 0.86 0.079 0.038 - I 0.02 0.05 3.55 0.34 0.33 0.60 0.03 0.10 0.93 0.110 0.039 - J 0.02 0.04 3.55 0.34 0.33 0.60 0.03 0.11 0.87 0.090 0.039 -
  • Plates were homogenized at 505°C for 12 hours and then scalped. They were hot rolled to a final thickness of 20 and 50 mm (E and J alloy sheet), or 102 and 130 mm (G alloy sheet) or 150 mm (F and I alloy sheet) then were dissolved at 527°C and quenched with cold water. The sheets were then stretched with a permanent elongation of 6% and were tempered at 150°C for about 20 hours.
  • the fatigue properties were characterized on hole specimens taken at mid-thickness.
  • the Figure 3 reproduces the specimens used whose Kt value is 2.3.
  • the IQF fatigue quality index was calculated.
  • the results are presented in the figure 4 and compared with the trend curve (polynomial regression) of the results obtained for products in AA2050 alloy of the prior art, this alloy being free of V and Cr (V and Cr ⁇ 0.005% by weight).
  • alloy G of example 2 was transformed as indicated above (thickness 102 mm) with the exception of the final tempering step. Tempering kinetics were carried out for this example and the results are compared with those obtained for alloy K (composition detailed in Table 8 below) transformed under the same conditions. Table 8: Composition in % by weight Al-Cu-Li cast in plate form. Alloy Whether Fe Cu min mg Zn You Zr Li Ag V CR K 0.02 0.04 3.62 0.36 0.43 0.56 0.031 0.10 0.90 0.01 - -
  • tempering conditions studied were as follows: 150° C. for 20, 25 or 30 h (alloy G) and 20, 30, 40 and 50 h (alloy K).
  • the half-thickness (t/2) and quarter-thickness (t/4) microstructure of the sheets of Examples 1 and 3 was studied by scanning electron microscopy in order to determine the density of the intermetallic phases at the micrometric scale.
  • the density (number of phases per mm 2 ) of the intermetallic phases is detailed in table 9.
  • Table 9 Density (number per mm ⁇ sup>2 ⁇ /sup>) of intermetallic phases Alloy Intermetallic phases (number per mm 2 ) t/4 t/2 Average density in the thickness HAS 130.8 127.6 129.2 B 124.3 120.7 122.5 VS 161.0 154.6 157.8 E 144.6 145.1 144.8 F 148.5 159.3 153.9 G 159.9 144.9 152.4
  • the figure 6 presents the average density of intermetallic phases (number of phases/mm 2 ) as a function of the thickness e, expressed in mm, of the sheets according to the invention, the trend curve (polynomial regression) of the results obtained for alloy products Prior art AA2050 is also shown in this figure, the AA2050 alloy being free of V and Cr (V and Cr ⁇ 0.005% by weight).
  • Table 10 Composition in % by weight Al-Cu-Li cast in plate form. Alloy Whether Fe Cu min mg Zn You Zr Li Ag V CR L 0.03 0.05 3.48 0.38 0.35 0.62 0.031 0.08 0.89 0.10 - - M 0.03 0.04 3.53 0.38 0.37 0.61 0.032 0.08 0.91 0.12 0.040 - NOT 0.03 0.04 3.52 0.36 0.35 0.58 0.031 0.09 0.88 0.10 0.040 -
  • the plates were homogenized for 12 h at 505° C. then for 12 h at 525° C. and then scalped.
  • the plates were hot rolled to obtain sheets having a thickness of 130 mm. They were dissolved at 517°C and quenched with cold water. The sheets were then stretched with a permanent elongation of 3.7%.
  • the sheets were tempered at 155°C for approximately 20 hours.
  • Table 11 Static mechanical properties obtained for the various sheets. 20 Alloy Rp02 (MPa) Rm (MPa) Rp02 (MPa) Rm (MPa) Rp02 (MPa) Rm (MPa) L-direction Direction TL CT Steering L 478 503 467 512 447 501 M 482 509 471 516 448 502 NOT 478 503 466 511 448 503 Alloy K1C LT (MPa ⁇ m) K1C TL (MPa ⁇ m) K1C SL (MPa ⁇ m) L 31.7 26.1 24.7 M 34.1 27.2 26.2 NOT 34.6 27.9 27.7
  • Sheets M and N have an overall compromise between mechanical resistance properties Rp0.2 / toughness K1C improved compared to that of sheet L.

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Description

    Domaine de l'invention
  • L'invention concerne les produits en alliage 2XXX à base d'aluminium comprenant du lithium, plus particulièrement, de tels produits, et leur utilisation, destinés en particulier à la construction aéronautique et spatiale.
    • Etat de la technique
  • Des produits en alliage d'aluminium sont développés pour produire des éléments structuraux destinés notamment à l'industrie aéronautique et à l'industrie spatiale.
  • Les alliages aluminium - lithium sont particulièrement prometteurs pour fabriquer ce type de produit. Les spécifications imposées par l'industrie aéronautique pour la tenue en fatigue sont élevées et sont particulièrement difficiles à atteindre pour les produits épais. En effet, compte tenu des épaisseurs possibles des plaques coulées, la réduction d'épaisseur par déformation à chaud est assez faible et par conséquent les sites liés à la coulée sur lesquels s'initient les fissures de fatigue ne voient leur taille que faiblement réduite au cours de la déformation à chaud.
  • Les alliages Al-Li offrent des compromis de propriétés généralement plus élevés que les alliages conventionnels, notamment en termes de compromis entre la fatigue, la tolérance au dommage et la résistance mécanique. Ceci permet en particulier de réduire l'épaisseur des produits corroyés en alliage Al-Li, maximisant ainsi plus encore la réduction de poids qu'ils apportent. Les contraintes courantes s'en trouvent cependant augmentées, induisant alors des risques plus élevés d'initiation de fissures de fatigue. Il est donc intéressant d'améliorer la résistance à la fatigue des produits en alliage Al-Li. Dans la demande WO 2012/110717 , il est proposé pour améliorer les propriétés, notamment en fatigue, des alliages d'aluminium contenant en particulier au moins 0,1 % de Mg et/ou 0,1 % de Li de réaliser lors de la coulée un traitement ultrason. Cependant ce type de traitement nécessite une modification substantielle du four de coulée et reste difficile à effectuer pour les quantités nécessaires à la fabrication de tôles épaisses.
  • La demande US 2009/0142222 décrit des alliages pouvant inclure 3,4-4,2 % en poids de Cu, 0,9 - 1,4 % en poids de Li, 0,3 - 0,7 % en poids de Ag, 0,1 - 0,6 % en poids de Mg, 0,2 - 0,8 % en poids de Zn, 0,1 - 0,6 % en poids de Mn et 0,01 - 0,6 % en poids d'au moins un élément contrôlant la structure granulaire, le reste étant de l'aluminium, des éléments incidents et des impuretés.
  • La demande WO 2015/086921 décrit des alliages comprenant, en % en poids, Cu : 2,0 - 6,0 ; Li : 0,5 - 2,0 ; Mg : 0- 1,0 ; Ag : 0 - 0,7 ; Zn 0 - 1,0 ; et au moins un élément choisi parmi Zr, Mn, Cr, Sc, Hf et Ti, la quantité dudit élément, s'il est choisi, étant de 0,05 à 0,20 % en poids pour Zr, 0,05 à 0,8 % en poids pour Mn, 0,05 à 0,3 % en poids pour Cr et pour Sc, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et de 0,01 à 0,15 % en poids pour Ti, le reste étant de l'aluminium, des éléments incidents et des impuretés.
  • D'une manière générale, les alliages Al-Cu-Li sont connus des « International alloy designations and chemical composition limits for wrought aluminium and alloy » éditées par The Aluminium Association. On connait par exemple les alliages AA2050, AA2055, AA2098, AA2099. Cependant dans aucun des alliages connus n'est effectuée une addition de Cr et/ou de V de 0,005 à 0,045 % en poids.
  • Il existe un besoin pour des produits en alliage Al-Li présentant des propriétés améliorées par rapport à celles des produits connus, en particulier en termes de propriétés en fatigue tout en ayant des propriétés de ténacité et des propriétés de résistance mécanique statique avantageuses. Par ailleurs, il existe un besoin pour un procédé simple et économique d'obtention de ces produits.
    • Objet de l'invention
  • L'invention a pour objet un produit laminé, filé et/ou forgé selon la revendication 1. Selon un mode de réalisation, ledit produit corroyé selon l'invention présente une densité moyenne d de phases intermétalliques, exprimée en nombre de phases par mm2, telle que d < − 0,0023 e 2 + 0,0329 e + 160,91
    Figure imgb0001
     avec e = épaisseur du produit en mm.
  • Avantageusement, ledit produit corroyé ne contient substantiellement pas de dispersoïdes au V et/ou Cr.
  • L'invention a également pour objet un produit brut de coulée en alliage 2XXX à base d'aluminium selon la revendication 12. Ledit produit brut de coulée présente des grains plus dendritiques par rapport à ceux d'un produit brut de coulée en alliage de même composition à l'exception de sa teneur en V et Cr.
  • Enfin, l'invention a pour objet un élément de structure d'avion, de préférence un élément intrados ou extrados dont la peau et les raidisseurs proviennent d'un même produit de départ, un longeron ou une nervure, comprenant un produit laminé, filé et/ou forgé précité.
    • Description des figures
    • La figure 1 présente des micrographies obtenues pour les échantillons prélevés à mi-épaisseur des plaques de coulée en alliages selon l'exemple 1 (Fig. 1a : alliage C, Fig. 1b : alliage A et Fig. 1c : alliage B)
    • La figure 2 présente des micrographies obtenues pour les échantillons prélevés à quart-épaisseur des plaques de coulée en alliages selon l'exemple 1 (Fig. 2a : alliage C, Fig. 2b : alliage A et Fig. 2c : alliage B)
    • La figure 3 est le schéma des éprouvettes utilisées en fatigue à trou. Les dimensions sont mentionnées à titre indicatif mais peuvent varier comme indiqué dans la description.
    • La figure 4 représente l'indice de qualité fatigue IQF à 240 000 cycles, exprimé en MPa, en fonction de l'épaisseur en mm des tôles en alliage selon l'exemple 3, la courbe de tendance (régression polynomiale) des résultats obtenus pour des produits en alliage AA2050 de l'art antérieur est également représentée sur cette figure.
    • La figure 5 représente le compromis entre K1C (T-L), exprimé en MPa√m, et Rp0,2 (LT), exprimé en MPa, obtenu selon la cinétique de revenu de l'exemple 4 pour les alliages G et K.
    • La figure 6 représente la densité moyenne de phases intermétalliques (nombre de phases/mm2) en fonction de l'épaisseur e, exprimée en mm, des tôles selon l'invention.
  • La courbe de tendance (régression polynomiale) des résultats obtenus pour des produits en alliage AA2050 de l'art antérieur est également représentée sur cette figure.
    • Description de l'invention
  • Sauf mention contraire, toutes les indications concernant la composition chimique des alliages sont exprimées comme un pourcentage en poids basé sur le poids total de l'alliage. L'expression 1,4 Cu signifie que la teneur en cuivre exprimée en % en poids est multipliée par 1,4. La désignation des alliages se fait en conformité avec les règlements de The Aluminium Association, connus de l'homme du métier. Lorsque la concentration est exprimée en ppm (parts per million), cette indication se réfère également à une concentration massique.
  • Sauf mention contraire, les définitions des états métallurgiques indiquées dans la norme européenne EN 515 (1993) s'appliquent.
  • Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258 s'appliquent. L'épaisseur des profilés est définie selon la norme EN 2066 :2001 : la section transversale est divisée en rectangles élémentaires de dimensions A et B ; A étant toujours la plus grande dimension du rectangle élémentaire et B pouvant être considéré comme l'épaisseur du rectangle élémentaire.
  • Les caractéristiques mécaniques statiques en traction, en d'autres termes la résistance à la rupture Rm, la limite d'élasticité conventionnelle à 0,2% d'allongement Rp0,2, et l'allongement à la rupture A%, sont déterminés par un essai de traction selon la norme NF EN ISO 6892-1 (2016), le prélèvement et le sens de l'essai étant définis par la norme EN 485 (2016).
  • Le facteur d'intensité de contrainte (K1C) est déterminé selon la norme ASTM E 399 (2012).
  • Les propriétés en fatigue sur éprouvettes à trou sont mesurées à l'air ambiant pour des niveaux de contrainte variables, à une fréquence de 50 Hz, un rapport de contrainte R = 0,1, sur des éprouvettes plates (Kt=2,3) dans la direction L-T selon la norme EN 6072 (2010).
  • L'équation de Walker a été utilisée pour déterminer une valeur de contrainte maximale représentative de 50 % de non rupture à 240 000 cycles. Pour ce faire un indice de qualité fatigue (IQF) est calculé pour chaque point de la courbe de Wöhler, représentant la relation entre l'amplitude de contraintes appliquées S et un nombre de cycles N, avec la formule : S = S lim + IQF − S lim N / N 0 1 / p
    Figure imgb0002
     où S est l'amplitude de contrainte appliquée, Slim est la limite d'endurance, N est le nombre de cycles jusqu'à la rupture, No est égale à 240 000 et p un exposant. On rapporte l'IQF correspondant à la médiane, soit 50% de rupture pour 240 000 cycles. La signification de l'IQF est en particulier décrit dans l'article « Démarches de calcul en fatigue dans le domaine aéronautique (structures métalliques) » (Duprat, D. (1999) Congrès « Dimensionnement en fatigue des structures : démarche et outils », Paris 2-3 juin 1999 ; Société Française de Métallurgie et de Matériaux. Journées de printemps N°18, Paris, France (02/06/1999), pp. 2.1-2.8).
  • Dans le cadre de l'invention, la microstructure de coulée est notamment caractérisée par les paramètres, p∗ (dimension [µm]) et s∗ (dimension [µm-1]). Ces paramètres caractérisent plus particulièrement la finesse et l'uniformité de la microsegrégation. Le paramètre p∗ caractérise la distance moyenne entre précipités dans les structures de solidification, et donc la dimension moyenne des zones dépourvues de précipités. Le paramètre s∗ caractérise l'uniformité de la répartition de ces distances. La définition précise de ces deux paramètres ainsi que la méthode pour leur détermination sont précisées dans l'article « Quantification of Spatial Distribution of as-cast Microstructural Features » par Ph. Jarry, M. Boehm et S. Antoine, paru dans Proceedings of the Light Metals 2001 Conference, Ed. J.L. Anjier, TMS, p. 903 - 909. La détermination du paramètre p∗ a fait l'objet d'un essai interlaboratoire dans le cadre du projet Européen VIRCAST, voir l'article de Ph. Jarry et A. Johansen « Characterisation by the p∗ method of eutectic aggregates spatial distribution in 5xxx and 3xxx aluminum alloys cast in wedge moulds and comparison with SDAS measurements », paru dans Solidification of Alloys, ed. M.G. Chu, D.A. Granger et Q. Han, TMS 2004. Les paramètres p∗ et s∗ sont basés sur l'analyse par microscopie optique de coupes polies de la forme brute à un grossissement typiquement de 50, ou tout autre grossissement qui réalise un bon compromis entre un échantillonnage représentatif de la microstructure étudiée et la résolution nécessaire. L'acquisition des images est effectuée typiquement par une caméra couleur de type CCD (charge-coupled device), reliée à un ordinateur d'analyse d'images. La procédure d'analyse, décrite en détails dans l'article précité de Ph. Jarry, M. Boehm et S. Antoine, comprend les étapes suivantes :
    1. a. acquisition de l'image
    2. b. seuillage des phases sombres et analyse binaire des images présentant des niveaux de gris,
    3. c. suppression des phases de très petite taille (pour un grandissement de 50, un groupe de moins de 5 pixels est considéré comme du bruit électronique),
    4. d. analyse numérique de l'image à l'aide d'un algorithme de fermeture.
  • L'analyse numérique de l'image consiste en une fermeture itérative de l'image avec un pas grandissant. Le pas i qui ferme l'image Ci est défini par i dilatations successives de l'image du même objet (une dilatation consistant en le remplacement de chaque pixel d'une image par la valeur maximale de ses voisins) suivies par i érosions successives de l'image du même objet (une érosion consistant en le remplacement de chaque pixel d'une image par la valeur minimale de ses voisins) de l'image d, (à noter que les opérations d'érosion et de dilatation ne sont pas commutatives). Le rapport de surface A, qui représente la fraction surfacique des objets, est tracé en fonction du nombre de pas de fermeture i. On obtient une courbe sigmoïdale, qui est ensuite ajustée par une fonction sigmoïdale afin d'en extraire les paramètres caractéristiques p∗ et s∗, sachant que p∗ est l'abscisse du point d'inflexion, exprimée en unités de longueur, et s∗ la pente au point d'inflexion de la courbe sigmoïdale.
  • Le paramètre p∗ est ainsi défini par l'équation : A = A min + A max − A min 1 + exp α p * − i
    Figure imgb0003
     dans laquelle
    • A désigne la fraction surfacique d'objets après transformation,
    • Amin désigne la fraction surfacique initiale de particules intermétalliques après seuillage,
    • Amax désigne leur fraction surfacique correspondant au remplissage conventionnel auquel on arrête l'algorithme (en pratique 90%) afin d'éviter les problèmes de convergence lente en fin de remplissage, i est le nombre de pas de calcul,
    • et α est un coefficient d'ajustement de la pente de la sigmoïde.
  • Le paramètre p∗ représente la distance moyenne entre particules présentes dans la matrice.
  • L'autre paramètre est s∗ défini par l'équation : s * = α × A max − A min 4
    Figure imgb0004
  • Il a été montré que 1/s∗ est proportionnel à l'écart type de la distribution des distances au premier voisin entre particules. Le paramètre s∗ est donc une mesure de la régularité de la distribution des phases dans la matrice.
  • La description de la structure de coulée par les paramètres s∗ et p∗ tient donc bien compte à la fois de la finesse et de l'uniformité de la microségrégation. La demanderesse a constaté que s∗ est plus significatif pour décrire la régularité de la distribution de particules, alors que p∗ est plus significatif pour décrire la finesse de leur distribution spatiale.
  • Dans le cadre de l'invention, la microstructure de coulée est également caractérisée de façon semi-quantitative selon un score de 0 à 2 : score 0 = grains majoritairement globulaires, score 1 = grains faiblement dendritiques, score 2 = grains fortement dendritiques. L'évaluation semi-quantitative est réalisée à partir de micrographies d'échantillons, prélevés à quart ou à mi-épaisseur des plaque de coulée, après oxydation anodique (solution d'HBF4 diluée, tension à vide de 30V, temps d'attaque entre 60 et 180 s). L'exemple 1 (tableau 3, figures 1 et 2) illustre en détails la correspondance entre un score 0, 1 ou 2 tel que décrit précédemment et les micrographies. Les figures la et 2a sont représentatives d'un score de 0, les figures 1c et 2c d'un score 1 et les figures 1b et 2b d'un score 2.
  • Dans le cadre de l'invention, la microstructure des tôles corroyées est caractérisée à mi-épaisseur (t/2) et à quart-épaisseur (t/4) par microscopie électronique à balayage afin de déterminer la dispersion et la taille des phases intermétalliques à l'échelle micrométrique. Les phases intermétalliques, aussi connues sous la dénomination « constituent particles » sont des phases insolubles formées pendant la solidification, par exemple des phases Al6(FeMn), Cu2FeAl7 ou FeAl3. Leur taille est supérieure à 1 µm, typiquement comprise entre 2 et 50 µm.
  • Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258-1 (1998) s'appliquent. Notamment, une tôle est selon l'invention un produit laminé de section transversale rectangulaire dont l'épaisseur uniforme est au moins de 6 mm et n'excède pas 1/10ème de la largeur.
  • On appelle ici « élément de structure » ou « élément structural » d'une construction mécanique une pièce mécanique pour laquelle les propriétés mécaniques statiques et/ou dynamiques sont particulièrement importantes pour la performance de la structure, et pour laquelle un calcul de structure est habituellement prescrit ou réalisé. Il s'agit typiquement d'éléments dont la défaillance est susceptible de mettre en danger la sécurité de ladite construction, de ses utilisateurs, de ses usagers ou d'autrui. Pour un avion, ces éléments de structure comprennent notamment les éléments qui composent le fuselage (tels que la peau de fuselage (fuselage skin en anglais), les raidisseurs ou lisses de fuselage (stringers), les cloisons étanches (bulkheads), les cadres de fuselage (circumferential frames), les ailes (tels que la peau de voilure (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 stabilizers), ainsi que les profilés de plancher (floor beams), les rails de sièges (seat tracks) et les portes.
  • Les présents inventeurs ont constaté que, de manière surprenante, on peut obtenir des tôles en alliage 2xxx à base d'aluminium, c'est-à-dire en alliage Al-Cu soit selon la définition de The Aluminium Association des alliages d'aluminium dont l'élément majeur d'addition est le cuivre et dont la teneur en élément d'addition est supérieure à 1% en poids, comprenant du lithium présentant une performance en fatigue améliorée tout en ayant des propriétés de ténacité et des propriétés de résistance mécanique statique avantageuses en sélectionnant des quantités spécifiques et critiques de chrome et/ou de vanadium audit alliage, plus particulièrement en ajoutant spécifiquement de 0,025 à 0,045 % en poids de Cr et/ou de V.
  • Dans un mode encore plus préféré, l'alliage comprend de 0,035 à 0,043% en poids de Cr et/ou de V. Le vanadium et/ou le chrome sont généralement ajoutés dans les alliages d'aluminium en tant qu'éléments affinant du grain ou éléments de contrôle de la structure des grains au même titre que le zirconium, le scandium, l'hafnium, le manganèse ou également les éléments appartenant à la famille des terres rares. A ce titre, les éléments affinant du grain sont généralement ajoutés dans des quantités de 0,05 à 0,5% en poids de manière à former des dispersoïdes durant les étapes d'homogénéisation et celles de réchauffage. Les dispersoïdes ont notamment pour rôle d'empêcher la migration des joints de grains et des dislocations lors des étapes de procédés ultérieures. Ceci prévient notamment la recristallisation durant des étapes telle que la mise en solution. Les dispersoïdes sont des précipités fins qui se forment pendant les opérations thermiques à haute température. Par exemple ZrAl3 , Al12(FeMn)3Si et Al12Mg2Cr. Leur taille est inférieure à 1 µm typiquement de 0,01 à 0,5 µm.
  • Au contraire, mais sans que cela ne présume d'une quelconque théorie scientifique, les présents inventeurs ont constaté que l'ajout de V et/ou de Cr dans les quantités spécifiques et critiques selon l'invention dans un alliage 2XXX comprenant de 0,05 à 1,9% de Li en poids n'induit pas la formation de dispersoïdes aux températures auxquelles les étapes d'homogénéisation et de réchauffage sont réalisées pour ce type d'alliage (généralement de 450 à 550°C) mais une microstructure tout à fait particulière telle que le produit corroyé ne contient substantiellement pas de dispersoïdes au Cr et/ou au V. On entend ici par « substantiellement pas de dispersoïdes au Cr et/ou au V » une densité de dispersoïdes au Cr et/ou au V inférieure à 0,1 dispersoïde par µm2, préférentiellement inférieure à 0,05 par µm2.
  • La quantité critique de Li et de V et/ou Cr contenue dans l'alliage 2XXX selon l'invention affecte la microstructure du produit brut de coulée ainsi que celle du produit corroyé final et les présents inventeurs ont mis en évidence des propriétés améliorées des produits selon l'invention par rapport à celles des produits connus, en particulier en termes de propriétés en fatigue. Plus particulièrement, et ceci notamment pour les produits d'épaisseur de 12 à 175 mm, préférentiellement de 30 à 140 mm, les présents inventeurs ont mis en évidence une amélioration en fatigue et également en ténacité et résistance mécanique statique des produits selon l'invention par rapport à celles de produits connus ayant une composition similaire à l'exception du contenu critique en V et Cr.
  • La teneur en lithium des produits selon l'invention est de 0,05 à 1,9% en poids. Avantageusement, la teneur en lithium est de 0,5 à 1,5% en poids, plus préférentiellement de 0,7 à 1,2% en poids et, plus préférentiellement encore de 0,80 à 0,95% en poids.
  • L'alliage des produits selon l'invention est un alliage 2XXX comprenant de 3,2 à 4,0% en poids de Cu.
  • L'alliage des produits selon l'invention comprend en outre du magnésium. La teneur en magnésium des produits selon l'invention est alors avantageusement comprise entre 0,15 et 0,7 % en poids et de manière préférée entre 0,2 et 0,6 % en poids. Avantageusement, la teneur en magnésium est au moins de 0,30 % en poids préférentiellement au moins 0,35 % en poids et de manière préférée au moins 0,38 % en poids. Dans un autre mode de réalisation, le magnésium est compris entre 0,30 et 0,40% en poids.
  • L'alliage des produits selon l'invention comprend moins de 0,8% en poids de Zn, préférentiellement moins de 0,7% en poids de Zn. Avantageusement la teneur en zinc est comprise entre 0,45 et 0,65 % en poids ce qui peut contribuer à atteindre un excellent compromis entre la ténacité et la résistance mécanique. Dans ce mode de réalisation particulier, l'alliage selon l'invention comprend avantageusement moins de 0,15% en poids d'Ag, préférentiellement moins de 0,1% en poids et plus préférentiellement encore moins de 0,05% en poids.
  • Dans un autre mode de réalisation, l'alliage selon l'invention comprend moins de 0,05% en poids de Zn. Dans ce second mode de réalisation, l'alliage selon l'invention comprend avantageusement plus de 0,2% en poids d'Argent, préférentiellement entre 0,3 et 0,5% en poids d'Ag et plus préférentiellement encore entre 0,3 et 0,4% en poids d'Ag.
  • Dans un mode de réalisation particulier, l'alliage des produits selon l'invention comprend en outre de 0,07 à 0,15% en poids de Zr, préférentiellement de 0,07 à 0,11% en poids de Zr et, plus préférentiellement encore de 0,08 à 0,10% en poids de Zr. Avantageusement, la teneur en manganèse des produits selon l'invention est comprise entre 0,1 et 0,6% en poids, préférentiellement 0,2 et 0,4 % en poids, ce qui permet d'améliorer la ténacité sans compromettre la résistance mécanique.
  • Avantageusement, la somme de la teneur en fer et de la teneur en silicium est au plus de 0,20 % en poids. De préférence, les teneurs en fer et en silicium sont chacune au plus de 0,08 % en poids. Dans une réalisation avantageuse de l'invention, les teneurs en fer et en silicium sont au plus de 0,06 % et 0,04 % en poids, respectivement.
  • L'alliage contient également au moins un élément pouvant contribuer au contrôle de la taille de grain choisi parmi Hf, Ti et Sc ou autre terre rare, la quantité de l'élément, s'il est choisi, étant de 0,02 à 0, 10 % en poids pour Sc et autre terre rare ; 0,02 à 0,5 % en poids pour Hf et de 0,01 à 0,15 % en poids pour Ti. De manière préférée, on choisit entre 0,02 et 0,10 % en poids de Ti, avantageusement entre 0,02 et 0,04% en poids.
  • Selon un mode de réalisation tout à fait préféré de l'invention, le produit est en alliage à base d'aluminium comprenant, en % en poids, outre la teneur critique de Cr et /ou de V précitée, Cu : 3,2 - 4,0 ; Li : 0,80 - 0,95 ; Zn : 0,45 - 0,70 ; Mg : 0,15 - 0,7 ; Zr : 0,07 - 0,15 ; Mn : 0,1 - 0,6 ; Ag : < 0,15 ; Fe + Si ≤ 0,20 ; au moins un élément parmi Ti : 0,01 - 0,15 ; Sc : 0,02 - 0,1 ; Hf : 0,02 - 0, 5 ; autres éléments ≤ 0,05 chacun et ≤ 0,15 au total, reste aluminium. Selon un autre mode de réalisation, le produit selon l'invention est élaboré en alliage AA2050 comprenant la teneur critique de Cr et /ou de V précitée.
  • Le procédé de fabrication des produits selon l'invention comprend des étapes d'élaboration d'un bain de métal liquide ; coulée ; homogénéisation ; laminage, forgeage et/ou extrusion ; mise en solution ; trempe ; détensionnement et optionnellement revenu.
  • Dans une première étape, on élabore un bain de métal liquide en alliage 2XXX à base d'aluminium comprenant de 0,05 à 1,9 % en poids de Li et de 0,025 à 0,045 % en poids de Cr et/ou de V. Le bain de métal liquide est ensuite coulé sous une forme brute typiquement une plaque de laminage, une ébauche de forge ou une billette de filage.
  • La microstructure du produit selon l'invention diffère de celle des produits de l'art antérieur dès l'étape de coulée. Le produit brut de coulée en alliage selon l'invention présente notamment des grains plus dendritiques par rapport à ceux d'un produit brut de coulée en alliage de même composition à l'exception de sa teneur spécifique et critique en V et Cr.
  • Les présents inventeurs ont évalué la microstructure de coulée de façon semi-quantitative et ont attribué un score de 0 à 2 aux échantillons étudiés selon la dendritisation des grains : score 0 = grains majoritairement globulaires, score 1 = grains faiblement dendritiques, score 2 = grains fortement dendritiques. L'évaluation semi-quantitative a été réalisée à partir de micrographies des échantillons après oxydation anodique (solution d'HBF4 diluée, tension à vide de 30V, temps d'attaque entre 60 et 180 s). Le produit brut de coulée en alliage selon l'invention présente ainsi des grains plus dendritiques, correspondant à un score de 1 (alliage selon l'invention contenant du Cr) à 2 (alliage selon l'invention contenant du V) selon l'évaluation précédemment citée, par rapport à ceux d'un produit brut de coulée en alliage de même composition à l'exception de sa teneur spécifique et critique en V et Cr dont le score est de 0. Avantageusement, le produit brut de coulée selon l'invention présente, à quart-épaisseur dudit produit, un paramètre s∗ supérieur à 1,0 µm-1 et par un paramètre p∗ inférieur à 100 µm,
    où le paramètre p∗ est défini par l'équation A = A min + A max − A min 1 + exp α p * − i
    Figure imgb0005
     et où le paramètre s∗ est défini par l'équation s * = α × A max − A min 4
    Figure imgb0006
     dans lesquelles
    • A désigne la fraction surfacique d'objets après transformation,
    • Amin désigne la fraction surfacique initiale de particules intermétalliques après seuillage,
    • Amax désigne leur fraction surfacique correspondant au remplissage conventionnel auquel on arrête l'algorithme afin d'éviter les problèmes de convergence lente en fin de remplissage,
    • i est le nombre de pas de calcul,
    • et α est un coefficient d'ajustement de la pente de la sigmoïde. Selon un mode de réalisation préféré, le produit brut de coulée présente une taille de grains à la coulée évaluée par la méthode des interceptes comprise entre :
      • 250 et 350 µm à mi-épaisseur et
      • 175 et 275 µm à quart-épaisseur.
  • Le produit brut de coulée est ensuite homogénéisé avantageusement à une température comprise entre 450°C et 550° et de préférence entre 480 °C et 530°C pendant une durée comprise entre 5 et 60 heures.
  • Après homogénéisation, le produit brut de coulée est en général refroidi jusqu'à température ambiante avant d'être réchauffé en vue d'être déformé à chaud. Le réchauffage a pour objectif d'atteindre une température avantageusement comprise entre 400 et 550 °C et, de manière préférée, de l'ordre de 500 °C permettant la déformation de la forme brute.
  • La déformation à chaud peut être effectuée par laminage, forgeage et/ou extrusion. Préférentiellement, la déformation à chaud est effectuée par laminage et/ou forgeage de façon à obtenir un produit laminé et/ou forgé dont l'épaisseur est de préférence d'au moins 12 mm, de manière plus préférée d'au moins 30 mm et de manière encore plus préférée d'au moins 40 mm. Le produit laminé et/ou forgé présente en outre une épaisseur préférée d'au plus 175 mm, plus préférentiellement d'au plus 140 mm et plus préférentiellement encore d'au plus 110 mm.
  • Le produit corroyé ainsi obtenu est ensuite mis en solution par traitement thermique préférentiellement entre 490 et 550 °C pendant 15 min à 8 h, puis trempé typiquement avec de l'eau à température ambiante. Le produit subit ensuite un détensionnement contrôlé, préférentiellement par traction et/ou par compression, avec une déformation permanente de 1 à 7 % et préférentiellement d'au moins 2%. Les produits laminés subissent de préférence une traction contrôlée avec une déformation permanente au moins égale à 3,5%. Les états métallurgiques préférés sont les états T84 et T86, préférentiellement T84. Des étapes connues telles que le laminage, le planage, le redressage, la mise en forme peuvent être optionnellement réalisées après mise en solution et trempe et avant ou après la traction contrôlée.
  • Un revenu est optionnellement réalisé comprenant un chauffage à une température comprise entre 130 et 170°C pendant 5 à 100 heures et de préférence de 10 à 50h.
  • Le produit laminé, filé et/ou forgé selon l'invention présente avantageusement une densité moyenne d de phases intermétalliques, exprimée en nombre de phases par mm2, telle que : d < − 0.0023 e 2 + 0.0329 e + 160.91
    Figure imgb0007
     et plus préférentiellement encore d < − 0.0023 e 2 + 0.0329 e + 140.26
    Figure imgb0008
     avec e = épaisseur du produit en mm.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, le produit selon l'invention, dans un état laminé, mis en solution, trempé, détensionné, préférentiellement par traction, et revenu présente, pour des épaisseurs comprises entre 12 et 175 mm, un indice de qualité fatigue, IQF, à 240 000 cycles exprimé en MPa tel que : IQF > − 0,0886 e + 177
    Figure imgb0009
     avec e = épaisseur du produit en mm ;
    plus préférentiellement encore, le produit présente un tel indice de qualité fatigue, IQF, à 240 000 cycles (MPa) tel que : IQF > − 0,0886 e + 180 .
    Figure imgb0010
  • Selon ce mode de réalisation avantageux, le produit laminé et/ou forgé présente une épaisseur comprise entre 30 à 140 mm, préférentiellement encore de 40 à 110 mm et plus préférentiellement encore entre 40 et 75 mm.
  • Selon un mode de réalisation, le produit selon l'invention, dans un état laminé, mis en solution, trempé, détensionné, préférentiellement par traction, et revenu présentant au moins un, préférentiellement au moins deux, et plus préférentiellement encore trois, des compromis de propriétés suivants améliorés par rapport à un produit en alliage de même composition à l'exception de sa teneur en Cr et/ou V :
    • Rp0,2 (L) et K1C (L-T),
    • Rp0,2 (TL) et K1C (T-L)
    • Rp0,2 (TC) et K1C (TC-L).
  • L'alliage selon l'invention est particulièrement destiné à la fabrication de produits laminés et/ou forgés et, plus particulièrement, de produits laminés.
  • Les produits selon l'invention peuvent de manière avantageuse être utilisés dans des éléments de structure, en particulier des éléments de structure d'avion.
  • L'utilisation d'un élément de structure incorporant au moins un produit selon l'invention est avantageuse, en particulier pour la construction aéronautique. Les produits selon l'invention sont particulièrement avantageux pour la réalisation de produits usinés dans la masse, tels que notamment des éléments intrados ou extrados dont la peau et les raidisseurs proviennent d'un même produit de départ, des longerons et des nervures, de même que toute autre utilisation où les présentes propriétés pourraient être avantageuses
  • Ces aspects, ainsi que d'autres de l'invention sont expliqués plus en détails à l'aide des exemples illustratifs et non limitants suivants.
    • Exemples Exemple 1
  • Des plaques d'épaisseur d'environ 400 mm dont la composition est donnée dans le tableau 1 ont été coulées. Tableau 1 : Composition en % en poids des alliages Al-Cu-Li coulés sous forme de plaque.
    Alliage Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Zr Li Ag V Cr
    A 0,02 0,03 3,60 0,38 0,34 - 0,03 0,08 0,92 0,36 0,04 -
    B 0,02 0,04 3,60 0,35 0,34 - 0,03 0,08 0,93 0,37 - 0,04
    C (2050) 0,03 0,04 3,60 0,38 0,33 - 0,03 0,09 0,90 0,35 - -
    D (2050) 0,03 0,04 3,50 0,35 0,33 - 0,04 0,08 0,92 0,35 - -
  • Des échantillons ont été prélevés à mi-épaisseur (t/2) et à quart-épaisseur (t/4) de certaines plaques de coulée afin de mesurer la taille des grains de coulée et les paramètres p∗ et s∗ caractérisant la finesse et l'uniformité de la microségrégation. Le paramètre s∗ est plus significatif pour décrire la régularité de la distribution de particules tandis que le paramètre p∗ est plus significatif pour décrire la finesse de leur distribution spatiale. Les résultats sont présentés dans le tableau 2 et comparés aux valeurs moyennes d'un alliage typique AA2050. Tableau 2 : Taille de grains et paramètres s∗ et p∗ évalués à mi-épaisseur (t/2) et à quart-épaisseur (t/4) des plaques de coulée en alliages Al-Cu-Li.
    Alliage p∗ (µm) s∗ (µm-1) Taille de grains (µm)
    t/2 t/4 t/2 t/4 t/2 t/4
    A 58 53 1,3 1,5 305 212
    B 81 76 1,1 1,2 281 215
    AA2050 120 115 0,68 0,82 200 150
  • La microstructure de ces échantillons a également été évaluée de façon semi-quantitative sur les échantillons prélevés selon un score de 0 à 2 : score 0 = grains majoritairement globulaires, score 1 = grains faiblement dendritiques, score 2 = grains fortement dendritiques. L'évaluation semi-quantitative a été réalisée à partir de micrographies des échantillons après oxydation anodique (solution d'HBF4 diluée, tension à vide de 30V, temps d'attaque entre 60 et 180 s).
  • Le tableau 3 récapitule les scores attribués aux différents échantillons. Les figures 1 et 2 présentent des micrographies obtenues pour les échantillons prélevés à mi-épaisseur (Fig. 3) et à quart-épaisseur (Fig. 4) des plaques de coulée en alliage A (Fig. 3b et 4b), B (Fig. 3c et 4c) et C (Fig. 3a et 4a). Tableau 3 : Microstructure des grains évaluée à mi-épaisseur (t/2) et à quart-épaisseur (t/4) des plaques de coulée en alliages Al-Cu-Li (score 0 = grains majoritairement globulaires, score 1 = grains faiblement dendritiques, score 2 = grains fortement dendritiques).
    Alliage Microstructure (score)
    t/2 t/4
    A 2 2
    B 1 1
    C (2050) 0 0
  • Les plaques A et B présentent des grains de coulée plus gros et plus dendritiques par rapport à ceux de la plaque C.
    • Exemple 2
  • Certaines plaques de coulée de l'exemple 1 ont été homogénéisées à 505 °C pendant environ 12 heures puis scalpées. Les plaques ont été laminées à chaud pour obtenir des tôles ayant une épaisseur de 60 mm. Elles ont été mises en solution à 527 °C et trempées avec de l'eau froide. Les tôles ont ensuite été tractionnées avec un allongement permanent de 3,7%.
  • Les tôles ont subi un revenu à 155 °C pendant environ 20h.
  • Des échantillons ont été prélevés à quart-épaisseur (t/4) pour mesurer les caractéristiques mécaniques statiques en traction dans les directions L et TL et la ténacité dans les directions L-T et T-L, à mi-épaisseur (t/2) pour mesurer les caractéristiques mécaniques statiques en traction dans la direction TC et la ténacité dans la direction TC-L. Les éprouvettes utilisées pour la mesure de ténacité étaient des éprouvettes de géométrie CT et avaient les dimensions suivantes :
    • directions L et TL / L-T et T-L, éprouvettes CT25 : épaisseur B = 25 mm, largeur W = 50 mm ;
    • direction TC / TC-L, éprouvettes CT20 : épaisseur B = 20 mm, largeur W = 40 mm.
  • Les résultats obtenus sont présentés dans les tableaux 4 et 5. Tableau 4 : Propriétés mécaniques statiques obtenues pour les différentes tôles.
    Alliage Rp02 (MPa) Rm (MPa) A (%) Rp02 (MPa) Rm (MPa) A (%) Rp02 (MPa) Rm (MPa) A (%)
    Direction L Direction TL Direction TC
    A 513 537 11,8 490 531 10,1 461 528 6,3
    B 511 539 11,1 491 533 10,1 465 532 5,7
    C (2050) 490 516 10,7 473 513 10,1 451 513 5,5
    D (2050) 492 518 11 484 525 9,4 448 514 7,5
    Tableau 5 : Propriétés de ténacité K1C obtenues pour les différentes tôles.
    Alliage K1C L-T (MPa √m) K1C T-L (MPa √m) K1C S-L (MPa √m)
    A 44,9 35 33,6
    B 42,9 32,5 31,7
    C (2050) 46 36 28
    D (2050) 40 31 28
  • Les tôles A et B présentent globalement un compromis de propriétés résistance mécanique Rp0.2 / ténacité K1C amélioré par rapport à celui des tôles C et D en alliage 2050 selon l'art antérieur.
  • Les propriétés en fatigue ont été caractérisées sur des éprouvettes à trou prélevées à mi-épaisseur. La figure 3 reproduit les éprouvettes utilisées dont la valeur Kt est 2,3. Les éprouvettes ont été testées à une fréquence de 50 Hz à l'air ambiant avec une valeur R = 0,1. L'indice de qualité de fatigue IQF a été calculé et est présenté dans le tableau 6. Tableau 6 : Résultats des essais en fatigue (éprouvettes à trou)
    Alliage IQF (MPa), 50% rupture pour 240 000 cycles
    L-T T-L
    A 182 180
    B 184 186
    D (2050) 172 157
  • Les tôles en alliages A et B présentent des propriétés en fatigue améliorées par rapport à la tôle D.
    • Exemple 3
  • Dans cet exemple, plusieurs plaques d'épaisseur environ 400 mm dont la composition est donnée dans le tableau 7 ont été coulées. Tableau 7 : Composition en % en poids Al-Cu-Li coulés sous forme de plaque.
    Alliage Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Zr Li Ag V Cr
    E 0,03 0,04 3,57 0,34 0,44 0,52 0,03 0,10 0,87 0,026 0,041 -
    F 0,03 0,05 3,58 0,34 0,43 0,60 0,03 0,11 0,86 0,002 0,040 -
    G 0,02 0,04 3,61 0,34 0,43 0,61 0,03 0,11 0,85 0,010 0,042 -
    H 0,03 0,04 3,45 0,33 0,34 0,56 0,03 0,10 0,86 0,079 0,038 -
    I 0,02 0,05 3,55 0,34 0,33 0,60 0,03 0,10 0,93 0,110 0,039 -
    J 0,02 0,04 3,55 0,34 0,33 0,60 0,03 0,11 0,87 0,090 0,039 -
  • Les plaques ont été homogénéisées à 505 °C pendant 12 heures puis scalpées. Elles ont été laminées à chaud jusqu'à une épaisseur finale de 20 et 50 mm (tôle en alliages E et J), ou 102 et 130 mm (tôle en alliage G) ou 150 mm (tôle en alliages F et I) puis ont été mises en solution à 527 °C et trempées avec de l'eau froide. Les tôles ont ensuite été tractionnées avec un allongement permanent de 6% et ont subi un revenu à 150 °C pendant environ 20h.
  • Les propriétés en fatigue ont été caractérisées sur des éprouvettes à trou prélevées à mi-épaisseur. La Figure 3 reproduit les éprouvettes utilisées dont la valeur Kt est 2,3. Les éprouvettes ont été testées à une fréquence de 50 Hz à l'air ambiant avec une valeur R = 0,1. L'indice de qualité de fatigue IQF a été calculé. Les résultats sont présentés à la figure 4 et comparés à la courbe de tendance (régression polynomiale) des résultats obtenus pour des produits en alliage AA2050 de l'art antérieur, cet alliage étant exempt de V et de Cr (V et Cr <0,005 % en poids).
    • Exemple 4
  • Dans cet exemple, l'alliage G de l'exemple 2 a été transformé comme indiqué précédemment (épaisseur 102 mm) à l'exception de l'étape finale de revenu. Une cinétique de revenu a été réalisée pour cet exemple et les résultats sont comparés à ceux obtenus pour l'alliage K (composition détaillée dans le tableau 8 ci-dessous) transformé dans les mêmes conditions. Tableau 8 : Composition en % en poids Al-Cu-Li coulés sous forme de plaque.
    Alliage Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Zr Li Ag V Cr
    K 0,02 0,04 3,62 0,36 0,43 0,56 0,031 0,10 0,90 0,01 - -
  • Les conditions de revenu étudiées ont été les suivantes : 150°C pendant 20, 25 ou 30h (alliage G) et 20, 30, 40 et 50h (alliage K).
  • Les caractéristiques mécaniques et les ténacités des produits finaux ont été évalués et sont présentés à la figure 5.
  • Pour mesurer les caractéristiques mécaniques statiques en traction, des échantillons ont été prélevés à quart-épaisseur (T/4) pour mesurer ces caractéristiques dans la direction L.
  • Pour mesurer la ténacité, des échantillons ont été prélevés à quart-épaisseur (T/4) pour mesurer ces caractéristiques dans la direction T-L. Les éprouvettes utilisées pour la mesure de ténacité étaient des éprouvettes de géométrie CT40 : épaisseur B = 40 mm, largeur W = 80 mm.
    • Exemple 5
  • La microstructure à mi-épaisseur (t/2) et à quart-épaisseur (t/4) de tôles des exemples 1 et 3 a été étudiée par microscopie électronique à balayage afin de déterminer la densité des phases intermétalliques à l'échelle micrométrique.
  • La densité (nombre de phases par mm2) des phases intermétalliques est détaillée dans le tableau 9. Tableau 9 : Densité (nombre par mm2) des phases intermétalliques
    Alliage Phases intermétalliques (nombre par mm2 )
    t/4 t/2 Densité moyenne dans l'épaisseur
    A 130,8 127,6 129,2
    B 124,3 120,7 122,5
    C 161,0 154,6 157,8
    E 144,6 145,1 144,8
    F 148,5 159,3 153,9
    G 159,9 144,9 152,4
  • La figure 6 présente la densité moyenne de phases intermétalliques (nombre de phases/mm2) en fonction de l'épaisseur e, exprimée en mm, des tôles selon l'invention, la courbe de tendance (régression polynomiale) des résultats obtenus pour des produits en alliage AA2050 de l'art antérieur est également représentée sur cette figure, l'alliage AA2050 étant exempt de V et de Cr (V et Cr <0,005 % en poids ).
    • Exemple 6
  • Des plaques dont la composition est donnée dans le Tableau 10 ont été coulées. Tableau 10 : Composition en % en poids Al-Cu-Li coulés sous forme de plaque.
    Alliage Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Zr Li Ag V Cr
    L 0,03 0,05 3,48 0,38 0,35 0,62 0,031 0,08 0,89 0,10 - -
    M 0,03 0,04 3,53 0,38 0,37 0,61 0,032 0,08 0,91 0,12 0,040 -
    N 0,03 0,04 3,52 0,36 0,35 0,58 0,031 0,09 0,88 0,10 0,040 -
  • Les plaques ont été homogénéisées 12h 505 °C puis 12h à 525 °C puis scalpées. Les plaques ont été laminées à chaud pour obtenir des tôles ayant une épaisseur de 130 mm. Elles ont été mises en solution à 517 °C et trempées avec de l'eau froide. Les tôles ont ensuite été tractionnées avec un allongement permanent de 3,7%.
  • Les tôles ont subi un revenu à 155 °C pendant environ 20h.
  • Des échantillons ont été prélevés à quart-épaisseur (t/4) pour mesurer les caractéristiques mécaniques statiques en traction dans les directions L et TL et la ténacité dans les directions L-T et T-L, à mi-épaisseur (t/2) pour mesurer les caractéristiques mécaniques statiques en traction dans la direction TC et la ténacité dans la direction TC-L. Les éprouvettes utilisées pour la mesure de ténacité étaient des éprouvettes de géométrie CT et avaient les dimensions suivantes :
    • directions L et TL / L-T et T-L, éprouvettes CT25 : épaisseur B = 25 mm, largeur W = 50 mm ;
    • direction TC / TC-L, éprouvettes CT20 : épaisseur B = 20 mm, largeur W = 40 mm.
  • Les résultats obtenus sont présentés dans les tableaux 11 et 12. Tableau 11 : Propriétés mécaniques statiques obtenues pour les différentes tôles.
    20
    Alliage Rp02 (MPa) Rm (MPa) Rp02 (MPa) Rm (MPa) Rp02 (MPa) Rm (MPa)
    Direction L Direction TL Direction TC
    L 478 503 467 512 447 501
    M 482 509 471 516 448 502
    N 478 503 466 511 448 503
    Tableau 12 : Propriétés de ténacité K1C obtenues pour les différentes tôles.
    Alliage K1C L-T (MPa √m) K1C T-L (MPa √m) K1C S-L (MPa √m)
    L 31,7 26,1 24,7
    M 34,1 27,2 26,2
    N 34,6 27,9 27,7
  • Les tôles M et N présentent globalement un compromis de propriétés résistance mécanique Rp0.2 / ténacité K1C amélioré par rapport à celui de la tôle L.

Claims (14)

  1. Produit laminé, filé et/ou forgé en alliage 2XXX à base d'aluminium comprenant en pourcentage en poids,
    Li 0.05 - 1.9%;
    Cu 1.0 - 6.0%,
    Cr et/ou V : 0.025-0.044 % ;
    Mg 0.1 - 1.0%;
    Zr 0 - 0.15% ;
    Mn 0 -0.6%;
    Zn <0.8%
    Ag 0 -0.5 ;
    Fe+Si <0.2 ;
    au moins un élément pouvant contribuer au contrôle de la taille de grain parmi Hf, Ti et Sc ou autre terre rare tel que 0.02 à 0.1% pour Sc et autre terre rare, 0.02 à 0.5% pour Hf et 0.01 à 0.15% pour Ti ;
    autres éléments ≤ 0.05 chacun et ≤0.15 au total, reste aluminium ; .
    et tel que la densité de dispersoïdes au Cr et/ou V est inférieure à 0.1 dispersoïde par µm2.
  2. Produit selon la revendication 1 ayant une densité moyenne d de phases intermétalliques, exprimée en nombre de phases par mm2, telle que : d < − 0,0023 e 2 + 0,0329 e + 160,91
    Figure imgb0011
     avec e = épaisseur du produit en mm.
  3. Produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 comprenant de 0,5 à 1,5% en poids de Li, préférentiellement de 0,7 à 1,2% en poids de Li et, plus préférentiellement encore de 0,80 à 0,95% en poids de Li.
  4. Produit selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant moins de 0,7% en poids de Zn.
  5. Produit selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre de 0,07 à 0,15% en poids de Zr, préférentiellement de 0,07 à 0,11% en poids de Zr et, plus préférentiellement encore de 0,08 à 0,10% en poids de Zr.
  6. Produit selon l'une quelconque des revendications comprenant de 0,035 à 0,043% en poids de Cr et/ou de V.
  7. Produit selon la revendication 1 tel que l'alliage à base d'aluminium comprend, en % en poids,
    Cu : 3,2 - 4,0 ;
    Li : 0,80 - 0,95 ;
    Cr et/ou de V :0.025-0.044 %;
    Zn : 0,45 - 0,70 ;
    Mg : 0,15 - 0,7 ;
    Zr : 0,07 - 0,15 ;
    Mn : 0,1 - 0,6 ;
    Ag : <0,15 ;
    Fe + Si ≤ 0,20 ;
    au moins un élément parmi
    Ti: 0,01 - 0,15 ;
    Sc : 0,02 - 0,1 ;
    Hf : 0,02 - 0, 5 ;
    autres éléments ≤ 0,05 chacun et ≤ 0,15 au total, reste aluminium.
  8. Produit selon les revendications 1 à 4 tel que l'alliage à base d'aluminium est un alliage AA2050.
  9. Produit selon l'une quelconque des revendications précédentes dont l'épaisseur est de 12 à 175 mm, préférentiellement de 30 à 140 mm et, plus préférentiellement encore de 40 à 110 mm et plus préférentiellement encore entre 40 et 75 mm.
  10. Produit selon l'une quelconque des revendications précédentes dans un état laminé, mis en solution, trempé, détensionné, préférentiellement par traction, et revenu présentant, pour des épaisseurs comprises entre 12 et 175 mm, un indice de qualité fatigue, IQF, à 240 000 cycles exprimé en MPa tel que : IQF > − 0,0886 e + 177
    Figure imgb0012
     avec e = épaisseur du produit en mm.
  11. Produit selon l'une quelconque des revendications précédentes dans un état laminé, mis en solution, trempé, détensionné, préférentiellement par traction, et revenu présentant au moins un, préférentiellement au moins deux, des compromis de propriétés suivants améliorés par rapport à un produit en alliage de même composition à l'exception de sa teneur en Cr et V :
    - Rp0,2 (L) et K1C (L-T),
    - Rp0,2 (TL) et K1C (T-L)
    - Rp0,2 (TC) et K1C (TC-L).
  12. Produit brut de coulée en alliage 2XXX à base d'aluminium comprenant en pourcentage en poids,
    Li 0.05 - 1.9%;
    Cu 1.0 - 6.0% ;
    Cr et/ou V : 0.025-0.044 % ;
    Mg 0.1 - 1.0% ;
    Zr 0 - 0.15% ;
    Mn 0 -0.6%;
    Zn <0.8%
    Ag 0 -0.5 ;
    Fe+Si <0.2 ;
    au moins un élément pouvant contribuer au contrôle de la taille de grain parmi Hf, Ti et Sc ou autre terre rare tel que 0.02 à 0.1% pour Sc et autre terre rare, 0.02 à 0.5% pour Hf et 0.01 à 0.15% pour Ti ;
    autres éléments ≤ 0.05 chacun et ≤0.15 au total, reste aluminium ;, caractérisé en ce
    qu'il présente, à quart-épaisseur dudit produit, un paramètre s∗ supérieur à 1,0 µm-1 et par un paramètre p∗ inférieur à 100 µm,
    où le paramètre p∗ est défini par l'équation A = A min + A max − A min 1 + exp α p * − i .
    Figure imgb0013
     et où le paramètre s∗ est défini par l'équation s * = α × A max − A min 4
    Figure imgb0014
     dans lesquelles
    A désigne la fraction surfacique d'objets après transformation,
    Amin désigne la fraction surfacique initiale de particules intermétalliques après seuillage,
    Amax désigne leur fraction surfacique correspondant au remplissage conventionnel auquel on arrête l'algorithme afin d'éviter les problèmes de convergence lente en fin de remplissage,
    i est le nombre de pas de calcul,
    et α est un coefficient d'ajustement de la pente de la sigmoïde.
  13. Produit brut de coulée selon la revendication 12 tel que la taille de grains à la coulée évaluée par la méthode des interceptes est comprise entre :
    - 250 et 350 µm à mi-épaisseur et
    - 175 et 275 µm à quart-épaisseur.
  14. Elément de structure d'avion, de préférence élément intrados ou extrados dont la peau et les raidisseurs proviennent d'un même produit de départ, un longeron ou une nervure, comprenant un produit selon une quelconque des revendications 1 à 11.
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