FR2701491A1 - Procédé de fabrication d'une plaque en alliage d'aliminium amélioré. - Google Patents
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Abstract
La présente invention fournit un procédé pour améliorer les propriétés d'un produit en plaque en alliage d'aluminium en retardant l'étirage final du produit en plaque. Pendant le traitement du produit, un intervalle de temps ou un retard intentionnel est prévu entre l'étape de laminage à froid finale et l'étape d'étirage finale. En retardant la procédure d'étirage final, on obtient un produit en plaque en alliage d'aluminium à ténacité à la rupture améliorée sans diminution significative de ses valeurs de résistance. Le procédé de retardement intentionnel de l'étirage final est particulièrement adapté à des alliages d'aluminium de la série 2000.
Description
Procédé de fabrication d'une plaque en alliage d'aluminium amélioré
La présente invention concerne des alliages d'aluminium et plus particulièrement des alliages d'aluminium série 2000 utilisés pour la production de plaques. Une ténacité à la rupture améliorée est obtenue pour ces types d'alliages sans réduction significative de leur résistance.
La présente invention concerne des alliages d'aluminium et plus particulièrement des alliages d'aluminium série 2000 utilisés pour la production de plaques. Une ténacité à la rupture améliorée est obtenue pour ces types d'alliages sans réduction significative de leur résistance.
Il a été reconnu de façon générale dans l'industrie aéronautique qu'une manière d'améliorer le rendement en carburant des aéronefs est de réduire le poids structurel des avions. Pour réduire le poids structurel des avions, on a mis au point des alliages d'aluminium présentant des rapports élevés entre résistance et poids de même que des niveaux élevés de ténacité à la rupture, de résistance à la fatigue et de résistance à la corrosion.
Une famille d'alliages d'aluminium utilisés typiquement dans des applications commerciales pour aéronefs est la série 2000 des alliages enregistrés à l'Aluminum Association
D'autres perfectionnements ont été reconnus dans l'art antérieur concernant les alliage d'aluminium série 2000 en ce qui concerne leur meilleure ténacité à la rupture et résistance à la fatigue par un contrôle soigneux des étapes de traitement pendant la fabrication des plaques en alliage d'aluminium. Le brevet US No 4 294 626 délivré au nom de Hyatt et al. décrit des alliages d'aluminium, plus particulièrement des alliages d'aluminium série 2000, qui sont caractérisés par une résistance élevée, une résistance à la fatigue très élevée et une ténacité à la rupture très élevée.Le brevet Hyatt et al. décrit un procédé pour produire le produit en plaque à partir d'un alliage d'aluminium de ténacité élevée comprenant la coulée de l'alliage en un corps et le travail à chaud du corps pour former un produit en plaque. Le produit en plaque est alors traité par un traitement thermique de mise en solution de manière qu'une quantité maximale du cuivre de l'alliage soit mis en solution solide. Suite à l'étape de traitement thermique de mise en solution, le produit en plaque est trempé, pré-vieilli à la température ambiante et laminé à froid pour réduire l'épaisseur du produit et augmenter sa résistance.
D'autres perfectionnements ont été reconnus dans l'art antérieur concernant les alliage d'aluminium série 2000 en ce qui concerne leur meilleure ténacité à la rupture et résistance à la fatigue par un contrôle soigneux des étapes de traitement pendant la fabrication des plaques en alliage d'aluminium. Le brevet US No 4 294 626 délivré au nom de Hyatt et al. décrit des alliages d'aluminium, plus particulièrement des alliages d'aluminium série 2000, qui sont caractérisés par une résistance élevée, une résistance à la fatigue très élevée et une ténacité à la rupture très élevée.Le brevet Hyatt et al. décrit un procédé pour produire le produit en plaque à partir d'un alliage d'aluminium de ténacité élevée comprenant la coulée de l'alliage en un corps et le travail à chaud du corps pour former un produit en plaque. Le produit en plaque est alors traité par un traitement thermique de mise en solution de manière qu'une quantité maximale du cuivre de l'alliage soit mis en solution solide. Suite à l'étape de traitement thermique de mise en solution, le produit en plaque est trempé, pré-vieilli à la température ambiante et laminé à froid pour réduire l'épaisseur du produit et augmenter sa résistance.
A la suite du laminage à froid, le produit est étiré pour relâcher les contraintes résiduelles du produit. L'étape d'étirage est effectuée pour aplanir et renforcer le produit et éliminer les contraintes résiduelles de la trempe et/ou du laminage du produit. Hyatt et al.
décrit un maximum d'étirage de 1% pour des produits en plaque du fait qu'un étirage au-delà de 2-3% provoque une augmentation des ruptures pendant le processus d'étirage. Il est également difficile de conserver les niveaux souhaités de ténacité à la rupture si le produit est étiré sur plus de 1%. Les produits d'extrusion sont étirés entre 1 et 3%, ainsi que cela est normalement demandé pour tous les alliages du commerce. Comme les produits extrudés ne sont pas laminés à froid, ils sont dans un état relativement mou avant l'étirage. Le résultat est que les produits étirés ne sont pas en général susceptibles d'une augmentation de leur taux de rupture pendant un étirage supérieur à 1%.
Cependant, des difficultés ont été rencontrées avec les alliages d'aluminium série 2000 en raison de pertes de propriétés telle qu'une plus faible ténacité à la rupture résultant des opérations d'étirage finales de la plaque. Pour atteindre les niveaux de résistance désirés, on peut étendre l'étirage final au-delà de la valeur de 1% discutée dans le brevet Hyatt et al. jusqu'à des valeurs pouvant atteindre 3,0%. Cependant, les niveaux de résistance accrus de la plaque étirée sont obtenus aux dépens de la ténacité à la rupture. En fait, il peut ne pas être possible d'obtenir des niveaux minimaux de ténacité à la rupture pour ces résistances plus élevées.
En conséquence, un besoin s'est fait sentir pour augmenter les niveaux de ténacité à la rupture de ces types d'alliages d'aluminium tout en conservant des rapports satisfaisants résistance/poids.
Pour obtenir les résultats recherchés, il est proposé par la présente invention un procédé pour réaliser un produit en plaque en alliage d'aluminium série 2000 comprenant les étapes consistant à:
a) couler ledit alliage d'aluminium en un lingot;
b) former ledit lingot en une plaque;
c) soumettre ladite plaque à un traitement thermique de mise en solution;
d) tremper ladite plaque;
e) faire vieillir ladite plaque;
f) laminer à froid ladite plaque; et
g) étirer ladite plaque, cette étape d'étirage comprenant en outre l'étape consistant à prévoir au moins un intervalle de temps minimal entre l'étape de laminage à froid et l'étape d'étirage de manière que la plaque en alliage d'aluminium étiré présente une ténacité à la rupture améliorée tout en conservant des niveaux acceptables de résistance.
a) couler ledit alliage d'aluminium en un lingot;
b) former ledit lingot en une plaque;
c) soumettre ladite plaque à un traitement thermique de mise en solution;
d) tremper ladite plaque;
e) faire vieillir ladite plaque;
f) laminer à froid ladite plaque; et
g) étirer ladite plaque, cette étape d'étirage comprenant en outre l'étape consistant à prévoir au moins un intervalle de temps minimal entre l'étape de laminage à froid et l'étape d'étirage de manière que la plaque en alliage d'aluminium étiré présente une ténacité à la rupture améliorée tout en conservant des niveaux acceptables de résistance.
L'intervalle de temps peut être compris entre 12 et 16 heures et être d'au moins 12 ou 14 heures, d'au moins 18 heures ou compris entre 24 et 48 heures.
De préférence, le retard doit être suffisant pour permettre à la plaque laminée à froid d'atteindre un équilibre métastable.
Avantageusement, cette plaque est étirée entre 1,0% et 3,ou,
L'alliage d'aluminium série 2000 qui est préféré est l'alliage d'aluminium 2324.
L'alliage d'aluminium série 2000 qui est préféré est l'alliage d'aluminium 2324.
Il est également fourni par la présente invention un produit en plaque réalisé au moyen du procédé de fabrication de produit en plaque en alliage d'aluminium série 2000 présentant une ténacité à la rupture améliorée.
Le produit en plaque a de préférence une valeur d'Energie d'Impact Charpy qui est jusqu'à 20% supérieure à une valeur d'Energie d'Impact Charpy pour une plaque réalisée avec un retard entre le laminage à froid et l'étirage sensiblement inférieur au retard intentionnel.
Des modes de réalisation préférés de l'invention vont maintenant être décrits à titre d'exemples en référence aux dessins annexés dans lesquels:
la figure 1 montre un graphique où sont portées des courbes de la résistance à la traction en fonction du pourcentage d'étirage pour divers intervalles de temps suivant le laminage à froid;
la figure 2 montre un autre graphique où sont portées des courbes de la résistance à la déformation en fonction du pourcentage d'étirage pour divers intervalles de temps suivant le laminage à froid;
la figure 3 est un graphique où sont portées des courbes de l'énergie d'impact en fonction du pourcentage d'étirage pour divers intervalles de temps suivant le laminage à froid; et
la figure 4 est un autre graphique où sont portées des courbes de l'énergie d'impact en fonction de la résistance à la déformation pour divers intervalles de temps suivant le laminage à froid.
la figure 1 montre un graphique où sont portées des courbes de la résistance à la traction en fonction du pourcentage d'étirage pour divers intervalles de temps suivant le laminage à froid;
la figure 2 montre un autre graphique où sont portées des courbes de la résistance à la déformation en fonction du pourcentage d'étirage pour divers intervalles de temps suivant le laminage à froid;
la figure 3 est un graphique où sont portées des courbes de l'énergie d'impact en fonction du pourcentage d'étirage pour divers intervalles de temps suivant le laminage à froid; et
la figure 4 est un autre graphique où sont portées des courbes de l'énergie d'impact en fonction de la résistance à la déformation pour divers intervalles de temps suivant le laminage à froid.
La présente invention concerne un procédé de réalisation de plaques en alliage d'aluminium, en particulier de plaques en alliage d'aluminium série 2000, présentant une ténacité à la rupture améliorée. Dans l'art antérieur, ces types d'alliages sont coulés en lingots et formés en plaques, soumis à un traitement thermique de mise en solution, trempés, vieillis, laminés à froid et finalement étirés.
Les procédés d'étirage finaux précédemment connus sont prévus pour relâcher les contraintes résiduelles dans le produit en plaque en alliage d'aluminium. La procédure d'étirage finale, en dehors du fait qu'elle aplanit le produit en plaque, renforce ce produit du fait du travail à froid additionnel dû à l'étirage, par exemple à un niveau de 1%. Cependant, la procédure d'étirage finale, bien qu'apportant des avantages concernant la planéité et la résistance, a jusqu'à un certain degré un effet négatif sur la ténacité à la rupture et la résistance à la fatigue de la plaque en alliage d'aluminium. De plus, la pratique commerciale de l'art antérieur qui limite normalement l'étirage au niveau de 1% pourrait ne pas atteindre le niveau adéquat de relâchement des contraintes résiduelles qui rend le produit plus difficile à manipuler pendant le processus de fabrication subséquent, tel que l'usinage du produit en plaque pour former la peau d'une aile.
Par exemple, les peaux d'aile produites à partir de plaques contenant une distribution aléatoire de contraintes résiduelles tendent à gauchir pendant l'usinage, créant la nécessité d'un traitement additionnel pour contrôler le gauchissement. Un produit en plaque produit avec un relâchement adéquat des contraintes résiduelles est plus facilement traité et amené à la forme d'un produit final en économisant le temps et les coûts provoqués par les manipulations additionnelles.
La présente invention surmonte les inconvénients associés à la réduction de la ténacité à la rupture des produits en plaque en alliage d'aluminium de l'art antérieur. Du fait que l'on prévoit au moins un intervalle de temps minimal avant le processus d'étirage final, les produits en plaque en alliage d'aluminium qui sont produits présentent une meilleure ténacité à la rupture. Dans les procédés de l'art antérieur, l'étirage d'un produit en plaque en alliage d'aluminium se traduit par un diminution de l'ordre de 20% de la ténacité à la rupture quand la procédure d'étirage finale est effectuée sans un retard intentionnel suivant le laminage à froid.En prévoyant une durée suffisante entre l'étape de laminage à froid et l'opération d'étirage final, le produit en plaque en alliage d'aluminium de la présente invention présente moins de diminution de sa ténacité à la rupture qui fait que le produit final présente une ténacité à la rupture d'ensemble meilleure que celle de produits en alliage d'aluminium soumis aux procédés de l'art antérieur, En outre, le procédé de la présente invention fournit un produit en plaque en alliage d'aluminium présentant non seulement une meilleure ténacité à la rupture mais également des niveaux acceptables de résistance à la déformation et de résistance à la traction.
Avant l'étape de l'invention consistant à prévoir un intervalle de temps minimal avant l'étirage du produit en plaque en alliage d'aluminium, ce produit en plaque en alliage d'aluminium peut être réalisé en utilisant les techniques de traitement classiques qui sont bien connues dans l'art. Par exemple, l'alliage d'aluminium peut être fondu et coulé en un lingot en utilisant des procédés classiques tels que la coulée en coquille directe continue. Après avoir formé le lingot, la structure interne peut être homogénéisée avant le travail à chaud du lingot pour l'amener à la forme en plaque désirée. En variante, le produit en plaque peut être réalisé par d'autres techniques classiques telles qu'une coulée continue directe l'amenant à la forme d'une plaque, ou une coulée continue suivie par un travail à chaud.
Les alliages préférés pour la présente invention comprennent des alliages d'aluminium choisis dans la série 2000, tel que l'alliage d'aluminium 2324 enregistré à l'Aluminum Association. Typiquement, cet alliage est fourni avec le revenu T39 et est appelé produit en plaque 2324-T39. Ce produit, selon la publication de l'Aluminum Association intitulée "TEMPERS for Aluminum and Aluminum Alloy Products", révisée le ler Août 1983, comprend:
un traitement thermique de mise en solution standard 2024 et une trempe suivie par un laminage à froid nominal de 11X et un relâchement de la contrainte d'étirage de 1% min.
un traitement thermique de mise en solution standard 2024 et une trempe suivie par un laminage à froid nominal de 11X et un relâchement de la contrainte d'étirage de 1% min.
Les limites enregistrées pour la composition de l'alliage, datant de Février 1991, comprennent les éléments suivants, en pourcentages en poids: silicium 0,10 max, fer 0,12 max, cuivre 3,84,4, manganèse 0,30-0,9, magnésium 1,2-1,8, chrome 0,10 max; zinc 0,25 max, titane 0,15 max et le complément en aluminium et en impuretés fortuites (de 0,05 max pour chacune et de 0,15 max au total).
De façon typique pour ces types d'alliages durcissables par précipitation, le produit en plaque en alliage d'aluminium de la présente invention est soumis à un traitement thermique de mise en solution après l'étape de travail à chaud. Après le traitement de mise en solution, le produit en plaque est trempé, pré-vieilli et laminé à froid jusqu a une épaisseur prédéterminée. On sait que le traitement des alliages d'aluminium série 2000 pour produits en plaque est bien connu dans l'art. Donc, les conditions spécifiques du procédé concernant les diverses étapes de traitement ne sont pas décrites ici.
Après l'étape de laminage à froid, la présente invention prévoit un retard pour le processus d'étirage subséquent, pendant au moins une période de temps minimale prédéterminée. Les effets du retard pendant au moins une durée minimale prédéterminée, ainsi que cela sera décrit plus loin, peuvent être expliqués en se reportant à la structure du produit en plaque en alliage d'aluminium avant l'étirage On pense qu'en prévoyant un retard avant l'opération d'étirage, le processus de vieillissement naturel de la plaque en alliage d'aluminium atteint un équilibre métastable. Des modifications de la structure des dislocatiòns introduites par l'étirage ont donc une influence moins négative sur la ténacité à la rupture. Cette ténacité est toujours diminuée par le procédé fourni par la présente invention.Cependant, elle est diminuée à un moindre degré qu'avec les procédés précédemment utilisés.
Les exemples qui suivent sont présentés pour illustrer l'invention, mais celle-ci ne doit pas être considérée comme limitée à ceux-ci. Pour éliminer les implications de l'influence de la variable étirage sur les propriétés de la plaque, les exemples ont été réalisés en maintenant d'autres variables importantes du procédé à un niveau constant. Ces variables comprennent la composition de la plaque, la structure des grains, la durée de vieillissement naturel avant le laminage à froid et la quantité de laminage à froid. Des exemples illustrent de façon quantitative l'influence à la fois du retard et de la quantité d'étirage final sur les propriétés finales de la plaque.
La procédure expérimentale qui suit a été utilisée pour examiner l'effet de la durée d'attente entre le laminage à froid et les opérations finales d'étirage.
Des échantillons d'un lot unique d'une plaque de 2324-T39 d'une épaisseur de 2,54 cm (1 pouce) ont été utilisés pour fixer la composition des échantillons et la structure des grains. La plaque a été produite en utilisant des techniques de traitement classiques comprenant la coulée d'un lingot et le laminage à chaud jusqu'à une épaisseur de 2,54 cm (1 pouce).
On a soumis à un traitement thermique de mise en solution par lots trois échantillons d'une largeur de 20 cm (8 pouces) et d'une longueur de 46 cm (18 pouces) pendant 1,5 heures à environ 496,5 C (925,5 F), et on les a refroidis à l'eau jusqu'a une température ambiante d'environ 21,5oC (70,50F). On a laissé les échantillons vieillir naturellement à la température ambiante pendant une durée de 16 heures entre les opérations de trempe et de laminage à froid. Ces trois éléments ont été ensuite ensuite soufis à un laminage à froid de 11 i 0,5X.Les échantillons laminés à froid ont été sciés longitudinalement en des bandes de 2,54 cm x 46 c. (1 pouce x 18 pouces). Les bandes sciées ont été ensuite étirées après la lainage à froid après des durées variables comprises entre 2 et 18 heures, et pour des quantités d'étirage variées comprises entre 0,5 et 3,0%.
L'essai de traction longitudinale a été effectué en uti'ljsant des spécimens dupliqués d'un diamètre de 8,9x10- b (0,350 pouce) pour chaque condition expériientale. On a déterminé la ténacité à la rupture en mesurant l'ênergie d'Impact Charpy (EIC) sur des spéciniens
Charpy dupliqués pour chaque condition.
Charpy dupliqués pour chaque condition.
Le Tableau qui suit donne la liste des valeurs des divers échantillons par rapport aux pourcentages de laminage à froid, à l'intervalle de temps entre l'étape de laminage à froid ("Durée") et l'étape d'étirage et au pourcentage d'étirage. Comme on peut le voir sur ce Tableau, le pourcentage de laminage à froid a été maintenu à un niveau relativement constant pour chaque jeu d'échantillons, l'intervalle de temps entre le lainage à froid et l'étirage variant entre 2 et 48 heures. L'étirage a varié entre 0% pour l'échantillon de contrôle et est monté jusqu'à 3X pour les échantillons étirés.Le
Tableau entre également les valeurs Doyennes de la résistance à la traction (RAT en MPa) et de la résistance à la déformation (RAD en
MPa) les valeurs du pourcentage d'allongement et de l'Energie d'Impact Charpy (EIC en kJ/m pour chaque échantillon. L'Energie d'Impact Charpy constitue une mesure de la ténacité à la rupture.
Tableau entre également les valeurs Doyennes de la résistance à la traction (RAT en MPa) et de la résistance à la déformation (RAD en
MPa) les valeurs du pourcentage d'allongement et de l'Energie d'Impact Charpy (EIC en kJ/m pour chaque échantillon. L'Energie d'Impact Charpy constitue une mesure de la ténacité à la rupture.
Echantillon <SEP> % <SEP> laminage <SEP> Durée <SEP> Etirage <SEP> EIC <SEP> RAT <SEP> RAD <SEP> %
<tb> <SEP> à <SEP> froid <SEP> (h) <SEP> (%) <SEP> L-T <SEP> L <SEP> L <SEP> Allongement
<tb> Control <SEP> 10,6 <SEP> 0 <SEP> 0,0 <SEP> 187,9 <SEP> 502,6 <SEP> 439,9 <SEP> 14,3
<tb> A1 <SEP> 11,5 <SEP> 2 <SEP> 0,5 <SEP> 171,1 <SEP> 499,9 <SEP> 444,7 <SEP> 14,3
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<tb> A3 <SEP> 11,5 <SEP> 2 <SEP> 2,5 <SEP> 136,4 <SEP> 516,4 <SEP> 497,8 <SEP> 12,5
<tb> B1 <SEP> 11,5 <SEP> 8 <SEP> 0,5 <SEP> 165,9 <SEP> 506,8 <SEP> 457,8 <SEP> 12,9
<tb> B2 <SEP> 11,5 <SEP> 8 <SEP> 1,5 <SEP> 153,1 <SEP> 514,4 <SEP> 486,8 <SEP> 14,3
<tb> B3 <SEP> 11,5 <SEP> 8 <SEP> 2,5 <SEP> 127,7 <SEP> 524,0 <SEP> 501,3 <SEP> 13,6
<tb> C1 <SEP> 11,0 <SEP> 24 <SEP> 0,5 <SEP> 176,9 <SEP> 499,2 <SEP> 442,6 <SEP> 14,3
<tb> C2 <SEP> 11,0 <SEP> 24 <SEP> 2,0 <SEP> 165,7 <SEP> 508,2 <SEP> 488,2 <SEP> 14,3
<tb> C3 <SEP> 11,0 <SEP> 24 <SEP> 3,0 <SEP> 158,5 <SEP> 512,3 <SEP> 492,3 <SEP> 13,6
<tb> D1 <SEP> 11,0 <SEP> 48 <SEP> 0,5 <SEP> 183,2 <SEP> 504,7 <SEP> 452,3 <SEP> 13,0
<tb> D2 <SEP> 11,0 <SEP> 48 <SEP> 1,5 <SEP> 172,2 <SEP> 507,5 <SEP> 479,2 <SEP> 14,3
<tb> D3 <SEP> 11,0 <SEP> 48 <SEP> 3,0 <SEP> 173,7 <SEP> 511,6 <SEP> 486,8 <SEP> 12,5
<tb>
<tb> <SEP> à <SEP> froid <SEP> (h) <SEP> (%) <SEP> L-T <SEP> L <SEP> L <SEP> Allongement
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<tb>
L'influence de l'étirage final sur les résistances à la traction et à la déformation de produits en plaque 2324-T39 est montrée respectivement aux figures 1 et 2. Sur les figures, la résistance est montrée par une courbe qui est fonction du pourcentage d'étirage pour divers retards à la suite du laminage à froid. Dans chaque cas, la résistance augmente à mesure qu'augmente le pourcentage d'étirage.
Cependant, l'effet est le plus important pour la résistance à la déformation (approximativement une résistance à la déformation de +12% contre une résistance à la traction de +4%).
L'effet de l'étirage final sur la ténacité à la rupture mesurée par l'Energie d'Impact Charpy pour divers retards après le laminage à froid est montré à la figure 3. Pour chaque retard, la ténacité diminue à mesure qu'augmente le pourcentage d'étirage. Une tendance vers une ténacité à la rupture plus faible est attendue comme conséquence d'une résistance plus élevée qui accompagne une augmentation du travail à froid. Cependant, l'intervalle de temps entre le laminage à froid et l'étirage a un effet très important sur le taux de diminution de la valeur EIC. Dans les échantillons étirés dans les huit heures qui suivent le laminage à froid, la valeur EIC tombe d'environ 20% dans la plage d'étirage comprise entre 0,5 et 2,5%.L'intervalle de 24 heures a montré une chute de seulement 10% sur la plage d'étirage de 0,5 à 3,0%, alors que l'intervalle de 48 heures n'a montré qu'une chute de 5%.
L'importance de la période de temps entre le laminage à froid et l'étirage sur les propriétés d'ensemble de la plaque est illustrée à la figure 4, où les valeurs EIC sont montrées par des courbes fonction de la résistance à la déformation pour divers intervalles de temps entre le laminage à froid et l'étirage. Dans la plage de résistance à la déformation située au-dessus de 68 ksi, le matériau retenu entre 24 et 48 heures après le laminage à froid peut être étiré dans une plage comprise entre 1,5 et 3,0% sans pertes appréciables de résistance EIC.
Inversement, le matériau retenu pendant seulement 2 à 8 heures avant l'étirage produit des valeurs EIC qui peuvent être inférieures de 15 à 20% après un étirage de seulement 1,5 à 2,5%,
La résistance du 2324-T39 provient d'une combinaison complexe d'un vieillissement naturel (par exemple formation de zones PG) et de travail à froid. Quand des matériaux en solution solide saturée tels que des produits en plaque de 2324-T39 sont laminés à froid, il y a une forte interaction entre le soluté en excès dans la solution solide et la distribution des dislocations introduites par le travail à froid. Lorsqu'une durée adéquate s'est écoulée pour que le matériau atteigne un équilibre métastable, le soluté en excès dans la solution solide est réparti entre zones PG et dislocations.
La résistance du 2324-T39 provient d'une combinaison complexe d'un vieillissement naturel (par exemple formation de zones PG) et de travail à froid. Quand des matériaux en solution solide saturée tels que des produits en plaque de 2324-T39 sont laminés à froid, il y a une forte interaction entre le soluté en excès dans la solution solide et la distribution des dislocations introduites par le travail à froid. Lorsqu'une durée adéquate s'est écoulée pour que le matériau atteigne un équilibre métastable, le soluté en excès dans la solution solide est réparti entre zones PG et dislocations.
La période d'incubation, ou la durée de retenue, entre la trempe et le travail à froid détermine la façon dont la quantité de soluté en excès est répartie entre ces défauts. Par exemple, plus la période d'incubation est longue, plus la distribution des zones PG se développe avant le travail à froid. Donc, moins de soluté additionnel est disponible pour la répartition dans les dislocations. Inversement, plus la période d'incubation est courte, moins la distribution des zones PG se développe avant le travail à froid. Donc, une grande quantité de soluté est disponible pour une ségrégation en des dislocations.
On peut comprendre que l'augmentation de la résistance qui résulte de l'étirage qui suit le laminage à froid est simplement le résultat de l'augmentation du travail total à froid. Cependant, la combinaison résistance/comportement de la ténacité est compliquée par la distribution du soluté.
Dans le cas d'un étirage survenant quelques heures après le laminage à froid (entre 2 et 8 heures), les dislocations additionnelles introduites par l'opération d'étirage apparaissent dans la solution solide comme étant similaires ou identiques à celles introduites par le laminage à froid. Donc, la distribution du soluté dans les structures de dislocation ajoutées par l'étirage a lieu presque dans les mêmes proportions que les structures de dislocation ajoutées par le laminage à froid. La structure de dislocation totale (laminage à froid t étirage) est donc déterminée par la distribution du soluté. Pour qu'une déformation plastique ait lieu, les structures de dislocation bloquées doivent être libérées, ou bien de nouvelles dislocations doivent être créées.
Dans le cas où un étirage s'effectuant après le processus de vieillissement naturel a atteint essentiellement un équilibre métastable, il n'y a que peu de soluté restant disponible pour la ségrégation de la structure de dislocation ajoutée par l'étirage. La durée nécessaire pour atteindre un équilibre métastable est déterminée par divers facteurs, tels que la température ambiante et la quantité de super-saturation du soluté dans l'alliage. Cette durée peut être comprise approximativement entre 12 et 16 heures ou plus. L'étirage après une durée de retenue plus longue telle que d'au moins 24 heures permet d'être certain que la condition de l'alliage se rapproche de l'équilibre métastable.
En outre, les dislocations ajoutées par l'étirage après un retard minimal intentionnel sont réparties de façon plus homogène du fait que de nouvelles sources de dislocations sont activées par la structure laminée à froid et bloquée. En conséquence, ce matériau présenterait une densité de dislocations mobiles plus élevée car il n'y a que peu de blocage par le soluté des dislocations ajoutées par l'étirage. Donc, la plus grande ténacité à la rupture du matériau retenu pendant 24 à 48 heures peut être expliquée par la mobilité relative et l'homogénéité plus élevée de la distribution de ses dislocations. La ténacité a la rupture est favorisée par une densité de dislocations mobiles élevée, car le matériau peut répondre plus facilement aux contraintes appliquées.Les procédures expérimentales et les essais décrits plus haut, dans lesquels étaient maintenus constants la composition, la structure des grains, le vieillissement naturel et le laminage à froid, démontrent que le retard de l'étirage final a un effet sur la résistance à la déformation, la résistance à la traction et la ténacité à la rupture. Comme on peut le voir sur le
Tableau et les figures, la résistance à la traction longitudinale augmente modestement, par exemple de moins de 5%, alors que l'étirage augmente de 0,5 à 3,0%.
Tableau et les figures, la résistance à la traction longitudinale augmente modestement, par exemple de moins de 5%, alors que l'étirage augmente de 0,5 à 3,0%.
En ce qui concerne la résistance à la déformation, une augmentation des pourcentages d'étirage entre 0,5 et 3,0% se traduit par des augmentations significatives de résistance à la déformation longitudinale, dépassant par exemple 10%. Des intervalles de temps plus courts entre le laminage à froid et l'étirage, par exemple de 2 à 8 heures, montrent qu'ils produisent des augmentation de résistance plus importantes que des intervalles de temps plus longs de par exemple 24 à 28 heures.
A mesure qu'augmentent les pourcentages d'étirage entre 0,5 et 3,0%, la ténacité à la rupture mesurée par les valeurs de l'Energie d'Impact Charpy diminue. Le caractère négatif de la modification des valeurs de ténacité à la rupture à mesure qu'augmente la résistance est cependant diminué fortement et de façon inattendue par l'intervalle de temps accru entre le laminage à froid et l'étirage.
L'un des avantages significatifs apportés par la présente invention est la capacité d'augmenter la quantité d'étirage sans diminution inacceptable de la ténacité à la rupture. Le résultat est que le produit en plaque fourni par l'invention est plus facile à manipuler lors des opérations d'usinage et de fabrication subséquentes que les produits en plaque fournis par les procédés connus précédemment.
Ainsi que cela est prouvé par les séquences de tests expérimentaux et de traitements variés, en prévoyant un retard compris entre 24 et 48 heures ou plus entre le laminage à froid et l'étirage, la ténacité à la rupture ne diminue que de 5 à 10% pour un étirage de 3%. Par contre, après un retard de seulement 2 à 8 heures entre le laminage à froid et l'étirage, les valeurs de la ténacité à la rupture diminuent d'approximativement 20% quand l'étirage est effectué sous un taux d'étirage encore plus faible de 2,5%.
En prévoyant un retard intentionnel entre le laminage à froid et l'étirage, on obtient un produit en plaque amélioré qui ne présente pas un grand changement négatif de son comportement aux fractures par comparaison avec un produit en plaque soumis à un étirage après une courte période suivant le laminage à froid, par exemple de 2 à 8 heures. En outre, on a constaté que les augmentations de résistance n'étaient que légèrement influencées par les durées comprises entre le laminage à froid et l'étirage Ainsi, il est fourni un produit en plaque en alliage d'aluminium soumis au traitement de la présente invention qui présente une meilleure ténacité à la rupture tout en conservant des niveaux de résistance acceptables.
Bien que les procédures expérimentales discutées ci-dessus soient effectuées sur un produit en plaque en aluminium particulíer 2324-T39, le procédé de l'invention qui consiste à retarder l'étirage final qui suit une opération de laminage à froid peut être utilisé avec tout alliage d'aluminium de la série 2000 travaillé à froid et vieilli naturellement. On pense que le même comportement microstructurel impliquant une densité de dislocations mobiles et la non disponibilité du soluté restant fournit une ténacité à la rupture améliorée dans des compositions d'alliage similaires.Par exemple, on pense que le procédé sera utile avec des alliages similaires au 2324, dans lesquels l'addition formant les particules dispersées, qui est du
Mn dans le 2324, est constituée par d'autres éléments de formation de particules dispersées modifiés ou remplacés, individuellement ou en combinaison, tels que Zr, V, ou des éléments de terres rares.
Mn dans le 2324, est constituée par d'autres éléments de formation de particules dispersées modifiés ou remplacés, individuellement ou en combinaison, tels que Zr, V, ou des éléments de terres rares.
L'invention est également potentiellement utile avec d'autres systèmes d'alliage d'aluminium présentant des améliorations avec un vieillissement naturel, tels que Al-Mg et Al-Zn.
Ainsi, on a fait et décrit une invention au moyen de ses modes de réalisation préférés qui atteignent chacun des buts et tous les buts visés par la présente invention, comme indiqué ci-dessus.
L'invention fournit un procédé nouveau et perfectionné pour réaliser des produits en plaque en alliage d'aluminium présentant une meilleure ténacité à la rupture.
Naturellement, divers changements, modifications et variantes par rapport aux enseignements de la présente invention peuvent être envisagées par l'homme de l'art sans s'écarter de son esprit et de son champ d'application.
Claims (12)
1. Procédé pour réaliser un produit en plaque en alliage d'aluminium série 2000 comprenant les étapes consistant à:
a) couler ledit alliage d'aluminium en un lingot;
b) former ledit lingot en une plaque;
c) soumettre ladite plaque à un traitement thermique de mise en solution;
d) tremper ladite plaque;
e) faire vieillir ladite plaque;
f) laminer à froid ladite plaque; et
g) étirer ladite plaque, cette étape d'étirage comprenant en outre l'étape consistant à prévoir au moins un intervalle de temps minimal entre l'étape de laminage à froid et l'étape d'étirage de manière que la plaque en alliage d'aluminium étiré présente une ténacité à la rupture améliorée tout en conservant des niveaux acceptables de résistance.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le retard est d'au moins 12 heures.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le retard est compris entre 12 et 16 heures.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le retard est d'au moins 14 heures.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 4, dans lequel le retard est d'au moins 18 heures.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 4 ou 5, dans lequel le retard est compris entre 24 et 48 heures.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le retard est suffisant pour permettre à la plaque laminée à froid d'atteindre un équilibre métastable.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plaque est étirée entre 1,0% et 3,OX pendant l'étirage.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'alliage d'aluminium série 2000 est l'alliage d'aluminium 2324.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le produit en plaque a une valeur d'Energie d'Impact Charpy qui est jusqu'à 20% supérieure à une valeur d'Energie d'Impact Charpy pour une plaque réalisée avec un retard entre le laminage à froid et l'étirage sensiblement inférieur au retard intentionnel.
11. Produit en plaque produit par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
12. Produit en plaque selon la revendication 117 présentant une valeur d'Energie d'Impact Charpy qui est jusqu'à 20% supérieure à la valeur d'Energie d'Impact Charpy pour une plaque réalisée avec un retard entre laminage à froid et étirage sensiblement inférieur au retard intentionnel.
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