FR2858984A1 - Produit en alliage ai-cu a haute tenacite et son procede de production - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un alliage Al-Cu de la série AA2000 à grande ténacité et une résistance améliorée, caractérisé par la composition suivante (en % en poids) :Cu 4,5 - 5,5,Mg 0,5 - 1,6,Mn ≤ 0,80,Zr ≤ 0,18,Cr ≤ 0,18,Si ≤ 0,15,Fe ≤ 0,15,le complément étant constitué par l'aluminium et les éléments et impuretés accidentelles, et caractérisé en ce que la teneur (en % en poids) en magnésium vauta) de 1,0 à 1,6 % en poids,b) ou bien de 0,50 à 1,2 % en poids et le total des teneurs en éléments formant des dispersoïdes, tels que Cr, Zr ou Mn, est ajusté à une valeur de 0,10 à 0,70 % en poids.La présente invention concerne également un procédé de préparation de produits en un tel alliage.

Description

B03/2841FR

PRODUIT EN ALLIAGE AL - CU A HAUTE TENACITE ET SON PROCEDE DE PRODUCTION

La présente invention concerne un alliage aluminium-cuivre qui présente des combinaisons améliorées de ténacité et de résistance, tout en conservant une bonne résistance à la propagation de fissures de fatigue, un procédé de production d'un alliage aluminium-cuivre à grande ténacité et résistance améliorée, et un produit laminé, forgé ou extrudé, en feuille ou en plaque, en un alliage aluminium-cuivre, présentant une grande ténacité et une résistance améliorée destiné des applications aéronautiques. Plus particulièrement, la présente invention concerne un alliage aluminium-cuivre à grande tolérance aux dommages ( HDT ) de la série 2xxx de la nomenclature internationale de l'Aluminium Association, destiné à des applications de structures aéronautiques, et présentant des propriétés améliorées telles que résistance à la propagation de fissures de fatigue, résistance mécanique et ténacité à la rupture. L'alliage de l'invention est particulièrement utile pour la préparation de plaques pour avions. Plus particulièrement, l'invention concerne un produit en alliage, laminé, forgé ou extrudé, approprié pour être utilisé dans un avion comme revêtement de fuselage ou revêtement inférieur d'ailes.

L'utilisation d'alliages d'aluminium traitables à la chaleur est connue dans le métier, pour un grand nombre d'utilisations nécessitant une résistance relativement importante, comme les fuselages d'avions, les pièces de véhicules et autres applications. Les alliages d'aluminium AA2024, AA2324 et AA2524 sont des alliages d'aluminium traitables à la chaleur bien connus, qui présentent des propriétés utiles de résistance et de ténacité dans les états de traitement thermique T3, T39 et T351. Le traitement thermique est un procédé important pour l'augmentation de la résistance des alliages d'aluminium. Dans le métier, on sait modifier les types et les quantités des éléments d'alliage présents pour faire varier l'étendu de cette augmentation. Le cuivre et le magnésium sont deux éléments d'alliages importants.

Dans la conception d'avions commerciaux, on exige diverses propriétés pour différents types de structures constituant l'avion. En particulier, il est nécessaire que le revêtement de fuselage ou le revêtement inférieur des ailes possède des propriétés telles qu'une bonne résistance à la propagation de fissures c'est-à-dire une bonne ténacité à la rupture et une bonne résistance à la de propagation de fissures de fatigue. Conjointement, la résistance mécanique de l'alliage ne doit pas diminuer. Un 2858984 2 produit laminé en alliage, utilisé sous forme de feuille ou de plaque, doté d'une résistance améliorée aux dommages, va améliorer la sécurité des voyageurs, réduire le poids de l'avion et ainsi améliorer la consommation en essence, ce qui se traduit par une distance de vol allongée, des coûts moins élevés et des contrôles de maintenance moins fréquents.

On connaît les alliages AA2x24 dont la composition chimique est la suivante, en % en poids: Cu 3,7 - 4,4 Mg 1,2 - 1,8 Mn 0,15 - 0,9 Cr 0,050,10 Si 5 0,50 Fe 0,50 Zn< 0,25 Ti 0,25 le complément étant constitué par l'aluminium et les impuretés accidentelles.

Dans le brevet US 5 593 516, on décrit un alliage Al - Cu à haute résistance aux dommages, dotée d'une composition chimique équilibrée et présentant essentiellement la composition suivante, en % en poids: Cu 2,5 - 5,5 Mg 0,1 - 2,3 Cu. - 0,91 Mg + 5,59 Cumin - 0,91 Mg + 4,59 Zr jusqu'à 0,2, ou Mn jusqu'à 0,8 le complément étant constitué par l'aluminium et les impuretés inévitables. On y décrit également les états de traitement thermique de type T6 et T8 de ces alliages, qui confèrent de grandes résistances aux produits laminés préparés à partir de tels alliages.

Dans les brevets US 5 897 720 et US 5 938 867, on décrit un alliage Al Cu à haute résistance aux dommages, de type AA2024, présentant essentiellement la composition suivante, en % en poids: Cu 3,8 4,9 Mg 1, 2 1,8 Mn 0,3 0,9 2858984 3 le complément étant constitué par l'aluminium et les impuretés inévitables, et l'alliage étant recuit, après un laminage à chaud, à une température à laquelle les composés intermétalliques ne sont pas sensiblement dissous. La température de recuit vaut de 398 à 455 C. Le brevet US 5 938 867 décrit également un alliage dont le lingot subit, après laminage à chaud, un recuit intermédiaire à une température valant de 385 à 468 C.

Dans le brevet EP 0473122, ainsi que dans le brevet US 5 213 639, on décrit un alliage à base d'aluminium présentant essentiellement la composition suivante, en % en poids: Cu 3,8 4,5 Mg 1,2 -1,8 Mn 0,3 0, 9 Fe 0,12 Si < 010 le complément constitué par l'aluminium, et les éléments et impuretés accidentels, l'aluminium de base étant laminé à chaud, chauffé et encore laminé à chaud, ce qui permet d'obtenir de bonnes combinaisons de résistance avec une grande ténacité à la rupture et une faible vitesse de propagation de fissures de fatigue. Plus particulièrement, dans le brevet US 5 213 639, on décrit un traitement de recuisson intermédiaire, après un laminage à chaud du lingot coulé, à une température valant de 479 à 524 C et un second laminage à chaud de l'alliage inter-recuit. Il apparaît qu'un tel alliage présente une amélioration de 5 %, par rapport à l'alliage conventionnel de type 2024 mentionné ci-dessus, de la ténacité à la rupture T L et une résistance améliorée à la propagation de fissures de fatigue pour certaines valeurs de OK.

Dans le brevet EP 1045043, on décrit un alliage aluminium-cuivre, de type général 25 2024, qui est fortement déformable présentant essentiellement la composition suivante, en % en poids: Cu 3,8 4,5 Mg 1,2 -1,5 Mn 0,3 0,5 le complément étant constitué par l'aluminium et les éléments et impuretés accidentels, cet alliage d'aluminium étant utilisé de préférence pour des applications sous forme de feuille en des épaisseurs valant de 1,6 à 5,9 mm. La plupart des exemples illustrent des teneurs en cuivre réduites, c'est-à-dire une teneur 3,9 à 4,2 % en poids, gardant ainsi la teneur en magnésium au-dessus de 1,2 % en poids.

Dans le brevet EP 1026270, on décrit un autre alliage aluminium-cuivre de type 2024 pour les applications aéronautiques de revêtement inférieur d'ailes. Cet alliage contient essentiellement la composition suivante (en % en poids) : Cu 3,8 4,4 Mg 1,0 1,5 Mn 0,5 0,8 Zr 0,08 0,15 le complément constitué par l'aluminium, et les éléments et impuretés accidentels. Cet alliage présente une combinaison améliorée de résistance mécanique, résistance à la propagation de fissures de fatigue, ténacité et résistance à la corrosion. L'alliage peut être utilisé pour préparer des produits laminés, extrudés ou forgés, dans lesquels l'addition de zirconium augmente la résistance mécanique de l'alliage (Rn, / Rp (L) > 1, 25).

Dans la demande EP-A-1114877, on décrit une autre composition d'alliage d'aluminium de type AA2xxx pour les applications de revêtement de fuselage et de revêtement inférieur d'ailes, ayant essentiellement la composition suivante (en % en poids) : Cu 4,6 5,3 Mg 0,1 0,5 Mn 0,15 0,45 le complément constitué par l'aluminium, et les éléments et impuretés accidentels. Le procédé d'élaboration inclut un traitement thermique de mise en solution, un étirage et un recuit. Cet alliage est mentionné comme étant utilisable dans des applications sous forme de plaques épaisses, par exemple des pièces d'ailes d'avion. Les teneurs en magnésium sont inférieures à 0,5 % en poids, et il est précisé que de telles basses teneurs en magnésium sont avantageuses pour la résistance à la déformation au vieillissement. Cependant, on pense que ces basses teneurs en magnésium ont une influence négative sur la résistance de l'alliage à la corrosion, sur sa réaction au vieillissement naturel et sur sa résistance mécanique.

Dans le brevet US 5 879 475, on décrit un alliage aluminium-cuivremagnésium, durcissable par vieillissement et approprié pour des applications aérospatiales. Cet alliage présente essentiellement la composition suivante (en % en poids) : Cu 4,85 5,3 Mg 0,5 -1,0 Mn 0,4 0,8 Ag 0,2 0,8 Zr 0,05 -0,25 Fe 0,10 Si < 0,10 le complément constitué par l'aluminium, et les éléments et impuretés accidentels. L'alliage ne contient pratiquement pas de vanadium ni de lithium, et l'on a rapporté que cette absence de vanadium est avantageuse pour les valeurs typiques de résistance mécanique observées. Parallèlement, on a rapporté que l'addition d'argent permet d'obtenir une résistance mécanique plus grande dans des états de traitement thermique de type T6. Cependant, un tel alliage présente le désavantage d'être très coûteux pour des applications telles que des pièces de structure d'avion, bien que l'on ait rapporté qu'il est approprié pour des applications à hautes températures telles que rotors hélicoïdaux d'avion, compas, tambours de frein et autres applications à hautes températures pour véhicules.

L'objet de la présente invention est d'obtenir un produit laminé en alliage de type AA2xxx à haute résistance aux dommages, présentant une combinaison améliorée de ténacité et de résistance mécanique, tout en gardant une bonne résistance à la propagation de fissures de fatigue et à la corrosion. Un autre objet de la présente invention est d'obtenir des produits en alliage d'aluminium sous forme de feuilles, ainsi que sous forme de plaques présentant une ténacité améliorée à la rupture et une résistance améliorée à la propagation de fissures de fatigue, pour applications dans des avions, telles que des revêtements de fuselage et des revêtements inférieurs d'ailes. Un autre objet de la présente invention est d'obtenir des produits laminés sous forme de feuilles ou de plaques en alliage d'aluminium et un procédé pour préparer ces produits, afin d'obtenir des pièces de structure d'avions qui ont une ténacité et une résistance à la propagation de fissures de fatigue améliorées, tout en gardant une haute résistance mécanique.

Plus particulièrement, une condition générale est que la vitesse de propagation de fissures de fatigue ( FCGR ) ne doit pas être supérieure à une valeur maximale définie, pour des alliages d'aluminium laminés de séries 2024 à 2524, lorsqu'ils sont utilisés pour des applications aéronautiques. Une FCGR des produits en alliage de la série 2024 à haute résistance aux dommages est par exemple une FCGR inférieure à 0,001 mm/cycle à AK = 20 MPa'Im et inférieur à 0,01 mm/cycle à AK = 40 MPa1m.

Selon l'invention, on divulgue un produit laminé en alliage aluminiumcuivre, doté d'une grande ténacité et d'une résistance mécanique améliorée, et présentant la composition suivante (en % en poids) : Cu 4,5 5,5 Mg 0,5 1,6 Mn < 0,80, et de préférence < 0,60 Zr < 0,18 Cr <- 0, 18 Si < 0,15, et de préférence < 0,10 Fe < 0,15, et de préférence < 0,10, le complément étant constitué par l'aluminium et les éléments et impuretés accidentels, dans lequel a) la teneur en magnésium vaut de 1,0 à 1,6 % en poids, ou alternativement b) la teneur en magnésium vaut de 0, 50 à 1,2 % en poids et la teneur en éléments formant des dispersoïdes, tels que Cr, Zr ou Mn, est réglée et vaut de 0,10 à 0,70 % en poids.

Le produit en alliage de la présente invention contient, de préférence, un ou plusieurs éléments formant des dispersoïdes, et les teneurs en ces éléments formant des dispersoïdes, de préférence choisis dans l'ensemble formé par Cr, Zr et Mn, sont réglées et sont comprises dans l'intervalle valant de 0,10 à 0,70 % en poids. En réglant la teneur en éléments formant des dispersoïdes et/ou en choisissant une teneur spécifique en magnésium, il est possible d'obtenir une grande ténacité en utilisant d'importantes quantités de cuivre, tout en maintenant une bonne résistance mécanique, et une bonne résistance à la propagation de fissures de fatigue et en maintenant la résistance à la corrosion du produit en alliage. Ainsi, dans la présente invention, on utilise soit (i) une teneur en magnésium supérieure à 1,0 % en poids mais inférieure à 1, 6 % en poids, avec ou sans éléments formant des dispersoïdes, tels que Cr, Zr et Mn, soit (ii) une teneur en magnésium choisie comme étant inférieure à 1,2 % en poids, tout en ajoutant un ou plusieurs éléments formant des dispersoïdes, limités à des teneurs spécifiques décrites plus en détail ci-dessous.

La quantité totale d'éléments ajoutés formant des dispersoïdes (en % en poids), [Cr]+[Zr]+[Mn], vaut de préférence de 0,20 à 0,70, mieux encore de 0,35 à 0,55, et plus particulièrement, de 0,35 à 0,45. L'alliage de la présente invention comprend de préférence des dispersoïdes contenant Mn, lesquels dispersoïdes contenant Mn sont, dans un mode de réalisation préféré, au moins partiellement remplacés par des dispersoïdes contenant Zr et/ou Cr. On a eu la surprise de découvrir que des teneurs basses en manganèse ont pour résultat une plus grande ténacité et une résistance améliorée à la propagation de fissures de fatigue. Plus particulièrement, le produit en alliage de la présente invention présente une ténacité considérablement améliorée quand on y met de faibles quantités de manganèse et des quantités bien ajustées de magnésium. Ainsi, il est important de régler avec soin la composition chimique de l'alliage.

La teneur (en % en poids) en manganèse vaut, de préférence, de 0,30 à 0, 60, mieux encore de 0,45 à 0,55. Les teneurs élevées sont préférées en particulier quand aucun autre élément formant des dispersoïdes n'est présent. Le manganèse contribue ou aide à la régulation de la taille des grains pendant les opérations qui peuvent causer la recristallisation de la microstructure de l'alliage. Les teneurs préférées en manganèse sont plus basses que celles conventionnellement utilisées dans les alliages de type AA2x24, tout en donnant toujours lieu à une ténacité suffisante et une résistance améliorée. Dans le cas présent, il est également nécessaire d'ajuster la teneur en manganèse en liaison avec les autres éléments formant des dispersoïdes, tels que le zirconium et le chrome.

La teneur (en % en poids) en cuivre vaut, de préférence, de 4,6 à 5,1. Le cuivre est un élément important pour augmenter la résistance mécanique de l'alliage. On a trouvé qu'une teneur en cuivre supérieure à 4,5 augmente la ténacité et la résistance de l'alliage, tandis que l'aptitude à la déformation et la résistance à la corrosion peuvent toujours être équilibrées grâce aux teneurs en magnésium et en éléments formant des dispersoïdes.

La teneur préférée (en % en poids) en magnésium vaut (i) de 1,0 à 1,5, mieux encore de 1,0 à 1,2, ou (ii) de préférence de 0,9 à 1,2, mieux encore de 1,0 à 1,2 si la teneur en éléments formant des dispersoïdes tels que Cr, Zr ou Mn, est ajustée à une valeur de 0,10 à 0,70 % en poids. Le magnésium permet également d'augmenter la résistance mécanique du produit en alliage.

La teneur préférée (en % en poids) en zirconium vaut de 0,08 à 0,15, mieux encore la teneur en zirconium est d'environ 0,10. La teneur préférée (en % en poids) de chrome va également de 0,08 à 0,15, et mieux encore la teneur en chrome est d'environ 0,10. Le zirconium peut être remplacé au moins en partie par du chrome, avec pour condition préférée [Zr]+[Cr] < 0,30, et mieux encore < 0,25. L'addition de zirconium, dans tout cet intervalle de teneur, permet d'obtenir des grains plus allongés, ce qui entraine aussi 2858984 8 une amélioration de la résistance améliorée à la propagation de fissures de fatigue. L'équilibre du zirconium et du chrome ainsi que le remplacement partiel des dispersoïdes contenant Mn ou Zr a pour résultat une aptitude améliorée à la recristallisation.

De plus, en ajustant avec soin les teneurs en éléments formant des dispersoïdes, tels que manganèse, chrome et/ou zirconium, il est possible d'équilibrer la ténacité et la résistance mécanique. En ajustant les teneurs en ces éléments formant des dispersoïdes, on peut faire baisser encore plus les teneurs en cuivre et en magnésium. Alors que dans le brevet US 5 593 516, il est enseigné que les teneurs en cuivre et magnésium doivent être inférieures à la limite de solubilité, on a eu la surprise de trouver qu'il est possible de choisir des teneurs en cuivre et en magnésium supérieures à la limite de solubilité en réglant les teneurs en éléments formant des dispersoïdes, et d'obtenir ainsi de très grandes valeurs de la ténacité tout en conservant de bonnes valeurs de la résistance mécanique.

Une composition préférée d'alliage de la présente invention est la composition suivante (en % en poids) : Cu 4,6 4,9 Mn 0,48 0,52 Mg 1,0 -1,2 Fe < 0,10 Si < 0,10 Un autre alliage préféré de la présente invention présente la composition suivante (en % en poids) : Cu environ 4,2 Mn 0,45 0,65 Mg 1,14 1,17 Fe< 0,10 Si <0,10 Un alliage particulièrement préféré de la présente invention présente la composition suivante (en % en poids) : Cu 4,0 4,2 Mn 0,30 0,32 Mg 1,12 1,16 Zr environ 0,10 2858984 9 Cr environ 0,10 Fe < 0,10 Si < 0,10 Le complément, dans le produit en alliage de l'invention, est constitué par l'aluminium, les impuretés inévitables et les éléments accidentels. Généralement, chaque impureté est présente en une quantité d'au plus 0,05 %, et la quantité totale d'impuretés doit être inférieure à 0,20 %. De préférence, le produit en alliage ne contient pratiquement pas de Ag.

L'alliage selon la présente invention peut également contenir un ou plusieurs des éléments Zn, Hf, V, Sc, Ti ou Li, la quantité totale étant inférieure à 1, 00 % en poids. Ces éléments supplémentaires peuvent être ajoutés pour améliorer encore plus l'équilibre chimique et/ou pour augmenter la formation des dispersoïdes.

Les meilleurs résultats sont obtenus quand les produits laminés en alliage ont une microstructure recristallisée, c'est-à-dire qu'au moins 75 % et, de préférence plus de 80 % des grains, dans un état de traitement thermique de type T3, par exemple T39 ou T351, sont recristallisés. Une autre caractéristique de la microstructure est que les grains ont un rapport de forme moyen longueur/largeur inférieur à 4/1, et généralement inférieur à 3/1, et mieux encore inférieur à 2/1. L'observation de ces grains peut se faire, par exemple, en microscopie optique de 50x à 100x, sur des échantillons polis et gravés de façon appropriée et observés en épaisseur dans l'orientation longitudinale.

Un procédé pour préparer un alliage aluminium-cuivre, tel que décrit cidessus, à grande ténacité et résistance améliorée, selon l'invention, comprend les étapes suivantes: a) coulée d'un lingot présentant la composition suivante (en % en poids) : Cu: 4,5 5,5 Mg: 0,5 1,6 Mn: 0, 80, et de préférence < 0,60 Zr: 0,18 Cr: 0,18 Si: 0,15, et de préférence < 0,10 Fe: < 0,15, et de préférence < 0,10, le complément constitué par l'aluminium, et les éléments et impuretés accidentels, dans lequel al) la teneur en magnésium vaut de 1,0 à 1,6, % en poids, a2) ou bien la teneur en magnésium vaut de 0,50 à 1,2 % en poids et la teneur en éléments formant des dispersoïdes, tels que Cr, Zr ou Mn est ajustée et vaut de 0, 10 à 0,70 % en poids, b) homogénéisation et/ou préchauffage du lingot après coulée, c) laminage à chaud ou travail à chaud du lingot, et éventuellement laminage à froid, pour obtenir un produit laminé, d) traitement thermique de mise en solution, e) éventuellement trempe du produit du traitement thermique, f) étirage du produit de trempe, et g) vieillissement naturel du produit laminé et traité thermiquement.

Après le laminage à chaud du lingot, il est possible de recuire et/ou rechauffer le lingot laminé à chaud et de le laminer à chaud une fois de plus. On pense qu'un tel rechauffage ou recuit augmente la résistance à la propagation de fissures de fatigue en produisant des grains allongés qui, une fois recristallisés, maintiennent une grande ténacité et une bonne résistance mécanique. Il est également possible d'effectuer un traitement thermique de mise en solution entre le laminage à chaud et le laminage à froid aux mêmes températures et pendant les mêmes durées que pour l'homogénéisation, par exemple de 1 à 5 heures à 460 C et environ 24 heures à 490 C. Le lingot laminé à chaud est, de préférence, soumis à un recuit intermédiaire avant et/ou pendant le laminage à froid pour améliorer encore davantage la mise en ordre des grains. Un tel recuit intermédiaire est, de préférence, effectué pour un calibre d'environ 4 mm durant 1 heure à 350 C. De plus, il est conseillé d'étirer le produit laminé et traité thermiquement jusqu'à 10 %, de préférence jusqu'à 4 %, et mieux encore de 1 à 2 %, et laisser ensuite le produit étiré vieillir naturellement durant plus de 5 jours, de préférence durant environ 10 à 15 jours.

La présente invention permet également d'obtenir un produit en alliage aluminium-cuivre laminé, forgé ou extrudé, sous forme de feuille ou de plaque, doté d'une grande ténacité et d'une résistance améliorée présentant une composition d'alliage telle que décrite ci-dessus ou produit selon le procédé décrit ci-dessus. Le produit en alliage laminé sous forme de feuille a de préférence un calibre d'environ 2,0 mm à 12 mm pour des applications telles qu'un revêtement de fuselage et d'environ 25 mm à 50 mm pour des applications telles qu'un revêtement inférieur d'ailes d'avion. Pour d'autres pièces de structure d'avion, il est possible d'utiliser un produit laminé en plaque de la présente invention, à partir duquel on peut fabriquer en usines des pièces de structures aéronautiques. Ainsi, la présente invention permet également d'obtenir des pièces de structure d'avion améliorées, préparées à partir d'une plaque ou feuille en alliage aliminium-cuivre laminé, forgé ou extrudé, présentant avec la composition d'alliage telle que décrite ci-dessus et/ou produite selon le procédé décrit ci-dessus.

Les caractéristiques et avantages des alliages de l'invention présentés plus haut, ainsi que d'autres, vont devenir plus clairs à la lecture de la description détaillée suivante des modes préférés de réalisation.

EXEMPLE

On a coulé à l'échelle industrielle 7 alliages d'aluminium différents en lingots présentant les compositions chimiques indiquées ci-après dans le Tableau 1.

Tableau 1 Composition chimique d'alliages d'aluminium obtenue en coulée continue, 15 en % en poids, la teneur en Si étant d'environ 0,05 %, la teneur en Fe étant d'environ 0,06 %, le complément étant constitué par l'aluminium et en impuretés accidentelles.

Alliage Cu Mn Mg Zr Cr AA2024 4,4 0,59 1,51 0 0 AA2524 4,3 0,51 1,39 0 0 1 4,7 0,51 1,05 0 0 2 4,6 0,44 1,20 0,09 0 3 4,8 0,51 1,02 0 0 4 4,9 0,50 1,20 0 0 5* 4,2 0,46 1,15 0 0 6* 4,2 0,31 1,15 0 0,10 7 4,0 0,30 1,13 0,10 0 *Travail à chaud à une température différente Les alliages ont été traités jusqu'à former une feuille de 2,0 mm d'épaisseur dans l'état de traitement thermique T351. Les lingots coulés ont été homogénéisés à environ 2858984 12 490 C, puis laminés à chaud à 410 C. Les alliages No. 5 et 6 ont été travaillés à chaud à environ 460 C.

Ensuite, on a encore laminé les plaques à froid, effectué un traitement thermique de mise en solution, et étiré les plaques d'environ 1 %. Tous les alliages on été testés après au moins 10 jours de vieillissement naturel. Tous les alliages ont été comparés avec deux alliages de référence. Comme indiqué dans le tableau 1, on a utilisé les alliages AA2024 et AA2524 comme alliages de référence. Les deux alliages de référence ont été traités selon le procédé décrit ci-dessus.

On a ensuite testé la résistance mécanique et la ténacité des produits. Comme indiqué dans les tableaux 2 et 3, on a mesuré la limite d'élasticité en traction dans les directions L et LT, ainsi que la résistance à la rupture en traction dans les directions L et LT. De plus, on a mesuré l'énergie unitaire de propagation (UPE) dans la direction LT et la ténacité à l'entaille (TS/Rp) dans les directions LT et TL.

Les essais ont été effectués selon les normes ASTM-B871 pour les tests de 15 déchirure de Kahn, et EN-10 002 pour les tests de traction.

Tableau 2 Propriétés en traction (limite d'élasticité en traction Rp; résistance à la rupture en traction Rm) des alliages 1 à 7 du Tableau 1 et des alliages de référence dans les directions L et LT.

Alliage L LT Rp (MPa) Rm (MPa) Rp (MPa) Rm (MPa) AA2024 344 465 304 465 AA2524 338 447 301 439 1 337 458 296 444 2 336 461 303 449 3 322 444 285 432 4 434 457 309 453 296 463 - 6 301 459 7 324 438 301 433 D'après les données du Tableau 2, les alliages de l'invention ont une résistance mécanique à peu près du même niveau que les alliages de référence AA2024 et AA2524.

Tableau 3 Propriétés de ténacité (Energie unitaire de propagation, UPE; ténacité à l'entaille TS/Rp) des alliages 1 à 7 du Tableau 1 dans les directions LT et TL.

Alliage L-T T-L UPE (kJ/m2) TS/Rp TS/Rp AA2024 219 1,70 1,74 AA2524 320 1, 86 1,99 1 416 2,03 2,09 2 375 2,09 2,21 3 322 1,99 2,18 4 332 1,96 2,08 329 2,20 6 355 2,19 - 7 448 2,05 2,11 D'après le tableau 3, les alliages 1 à 7 présentent des propriétés de ténacité nettement meilleures que celles des alliages de référence AA2024 et AA2524. Chez les alliages 6 et 7, on constate que de basses teneurs en manganèse et le remplacement, parmi les éléments formants des dispersoïdes, de Mn par Cr et/ou Zr donne lieu à une amélioration de ces propriétés par rapport à celles des alliages à teneurs plus élevées en manganèse. Il est aussi possible de conserver des teneurs de manganèse de 0,50 à 0,55 lorsque les teneurs en cuivre sont supérieures à 4,5. Dans ce cas, la ténacité est aussi bonne que lorsqu'on ajoute des éléments formant des dispersoïdes et qu'on utilise des teneurs plus basses en cuivre et en manganèse.

En équilibrant les teneurs en cuivre, magnésium et manganèse, il est possible d'obtenir un nouveau groupe d'alliages de série AA2000 dont la ténacité est nettement plus grande que celle des alliages connus dans le métier. Ces alliages sont particulièrement avantageux pour les applications de fuselages d'avion et les applications de revêtement inférieur d'ailes.

L'homme du métier reconnaîtra que l'on peut apporter de nombreux changements et modifications peuvent être effectués à l'invention, parfaitement décrite dans ce qui précède, sans sortir du cadre de celleci.

Claims (28)

REVENDICATIONS

1. Produit laminé en alliage Al-Cu à grande ténacité et résistance mécanique améliorée, caractérisé par la composition suivante (en % en poids) : Cu 4,5 5,5 Mg 0,5 1,6 Mn 0,80, et de préférence < 0,60 Zr 0, 18 Cr 0,18 Si 0,15, et de préférence < 0,10 Fe < 0,15, et de préférence < 0,10, le complément étant constitué par l'aluminium, les éléments et impuretés accidentels, et en ce que a) la teneur en Mg vaut de 1,0 à 1,6 % en poids, b) ou bien la teneur en Mg vaut de 0,50 à 1,2 % en poids et le total des teneurs en éléments formant des dispersoïdes, tels que Cr, Zr et Mn, est ajusté à une valeur de 0,10 à 0,70 % en poids.

2. Produit en alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce que a) la teneur en Mg vaut de 1,0 à 1,6 % en poids et le total des teneurs en éléments formant des dispersoïdes, tels que Cr, Zr ou Mn, est réglé et vaut de 0,10 à 0,70 % en poids.

3. Produit en alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce que a) la teneur en Mg vaut de 1,0 à 1,5 % en poids, et de préférence de 1,0 à 1, 2 % en poids.

4. Produit en alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la teneur en Mn vaut de 0,30 à 0,60 % en poids, et de préférence de 0,45 à 0,55 % en poids.

5. Produit en alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce que b) la teneur en Mg vaut de 0,9 à 1,2 % en poids, de préférence de 1,0 à 1,2 % en poids, 2858984 16 et le total des teneurs en éléments formant des dispersoïdes, tels que Cr, Zr ou Mn, est réglé et vaut de 0,10 à 0,70 % en poids.

6. Produit en alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le total des teneurs en éléments formant des dispersoïdes consiste en [Cr]+[Zr]+[Mn] valant de 0,20 à 0,70 % en poids.

7. Produit en alliage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le total [Cr]+[Zr]+[Mn] vaut de 0,35 à 0,55 % en poids, de préférence de 0, 35 à 0,45 % en poids.

8. Produit en alliage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur de Zr vaut de 0,08 à 0,15 % en poids

9. Produit en alliage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur de Cr vaut de 0,08 à 0,15 % en poids.

10. Produit en alliage selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que Zr est au moins partiellement remplacé par Cr et caractérisé en ce que [Zr]+[Cr] < 0,30 % en poids.

11. Produit en alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la teneur en Cu vaut de 4,6 à 5,1 % en poids.

12. Produit en alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le produit en alliage ne contient pratiquement pas de Ag.

13. Produit en alliage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit alliage contient en outre un ou plusieurs des éléments Zn, Hf, V, Sc, Ti ou Li, le total de leurs teneurs étant inférieur à 1,00 % en poids.

2858984 17

14. Produit en alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le produit en alliage est dans l'état de traitement thermique T3, de préférence T39 ou T351.

15. Produit en alliage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit produit en alliage est recristallisé à au moins 75 %, de préférence à plus de 80 %.

16. Produit en alliage selon l'une quelconque des revendications précédentes, ayant une microstructure dans laquelle les grains ont un rapport longueur/largeur inférieur à environ 4/1, de préférence inférieur à 3/1.

17. Procédé pour préparer un alliage aluminium-cuivre selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, à grande ténacité et une résistance améliorée, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: a) coulée d'un lingot présentant la composition suivante ( en % en poids) : Cu: 4,5 5,5 Mg: 0,5 1,6 Mn: 0,80, et de préférence 0,60 Zr: 0,18 Cr: 0, 18 Si: < 0,15, et de préférence < 0,10 Fe: 0,15, et de préférence < 0,10, le complément constitué par l'aluminium, et les éléments et impuretés accidentels, dans lequel al) la teneur en magnésium vaut de 1,0 à 1,6, % en poids, a2) ou bien la teneur en magnésium vaut de 0,50 à 1,2 % en poids et la teneur en éléments formant des dispersoïdes, tels que Cr, Zr ou Mn, étant ajustée à une valeur de 0,10 à 0,70 % en poids, b) homogénéisation et/ou préchauffage du lingot après coulée, c) laminage à chaud ou travail à chaud du lingot, et éventuellement laminage à froid, pour obtenir un produit laminé, d) traitement thermique de mise en solution, e) éventuellement trempe du produit du traitement thermique, 2858984 18 f) étirage du produit de trempe, et g) vieillissement naturel du produit laminé et traité thermiquement.

18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que, après le laminage à chaud du lingot, on effectue un recuit et/ou un re-chauffage du lingot laminé à chaud, puis un autre laminage à chaud du lingot déjà laminé.

19. Procédé selon la revendication 17 ou 18, caractérisé en ce que ledit lingot laminé à chaud subit un recuit intermédiaire avant et/ou pendant le laminage à froid.

20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que l'étape g) de vieillissement naturel du produit laminé traité thermiquement est effectué de façon à obtenir un état de traitement thermique T3, en particulier T39 ou T351.

21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 à 20, caractérisé en ce que le produit laminé et ayant subi un traitement thermique est allongé jusqu'à 10 % et subit une opération de vieillissement naturel durant plus de 5 jours.

22. Produit laminé en alliage Al-Cu présentant une grande résistance aux dommages, une grande ténacité et une résistance améliorée à la propagation de fissures de fatigue, caractérisé par une composition d'alliage et une microstructure selon l'une quelconque des revendications 1 à 16 et/ou en ce qu'il est préparé selon

l'une quelconque des revendications 17 à 21.

23. Produit laminé selon la revendication 22, caractérisé en ce que le produit a une épaisseur finale de 2,0 à 12 mm.

24. Produit laminé selon la revendication 22, caractérisé en ce que le produit a une épaisseur finale de 25 à 50 mm.

25. Produit laminé en alliage Al-Cu-Mg-Si sous forme de plaque selon l'une quelconque des revendications 22 à 24, caractérisé en ce que ledit produit est une pièce structurelle d'un avion ou d'un engin spatial.

26.Produit laminé en plaque selon la revendication 25, caractérisé en ce que ledit produit est un revêtement de fuselage d'avion.

27. Produit laminé en plaque selon la revendication 25, caractérisé en ce que ledit produit est un revêtement inférieur d'aile d'avion.

28. Plaque pour fuselage d'avion ou pour revêtement inférieur d'aile d'avion caractérisée en ce qu'elle est préparée à partir d'un produit laminé en alliage Al-Cu selon l'une quelconque des revendications 1 à 16 et/ou préparée selon l'une quelconque des revendications 17 à 21.