FR2876118A1 - Produit en alliage ai-zn de resistance elevee et de tenacite elevee, et procede de fabrication de ce produit - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un produit façonné en alliage Al-Zn et un procédé de fabrication de ce produit qui présente une combinaison améliorée de ténacité élevée et de résistance élevée avec maintien d'une bonne résistance à la corrosion, ledit alliage contenant (en % en poids) : Zn 6,0 à 11,0, Cu 1,4 à 2,2, Mg 1,4 à 2,4, Zr 0,05 à 0,15, Timoins de 0,05, Hf et/ou V moins de 0,25 et éventuellement Sc et/ou Ce entre 0,05 et 0,25, et Mn entre 0,05 et 0,12, d'autres éléments dont chacun restera au-dessous de 0,05 et représentant au total moins de 0,50, complément aluminium, ledit alliage présentant une microstructure pratiquement totalement non-recristallisée au moins pour la position T/10 du produit fini.
Description
PRODUIT EN ALLIAGE AI-Zn DE RESISTANCE ELEVEE ET DE
TENACITE ELEVEE, ET PROCEDE DE FABRICATION DE CE
PRODUIT
La présente invention concerne un produit façonné en alliage Al-Zn de haute résistance mécanique et de haute ténacité et comportant des teneurs élevées en zinc afin d'obtenir une bonne résistance à la corrosion, et un procédé de production de ce produit en alliage Al-Zn de haute résistance et de haute ténacité et un produit en plaque fait de cet alliage. Plus précisément, la présente invention concerne un alliage Al-Zn de haute résistance et de haute ténacité conçu selon la série AA7000 de la nomenclature internationale de l'Aluminium Association pour des applications relatives à des structures aéronautiques. Encore plus précisément, la présente invention concerne une nouvelle fenêtre chimique pour un alliage Al- Zn présentant des combinaisons améliorées de résistance et de ténacité par maintien d'une bonne résistance à la corrosion, ce qui ne nécessite pas de traitements spécifiques de vieillissement ou de trempe.
On sait utiliser dans l'art des alliages d'aluminium susceptibles de subir un traitement thermique dans un certain nombre d'applications impliquant une résistance relativement élevée, une ténacité élevée et une résistance à la corrosion suffisante pour des fuselages d'aéronefs, pour des pièces pour véhicules et dans d'autres applications. Les alliages d'aluminium AA7050 et AA7150 font preuve d'une résistance élevée pour des états de type T6. Les produits en alliage durcis par précipitation AA7x75, AA7x55 font preuve d'une résistance élevée pour l'état T6. On sait que l'état T6 améliore la résistance de l'alliage, on connaît en particulier les produits en alliage AA7x50, AA7x75 et AA7x55 qui contiennent des teneurs élevées en zinc, en cuivre et en magnésium pour leurs rapports résistance/poids élevés et donc, ceux-ci trouvent des applications dans l'industrie aérospatiale en particulier. Ces applications entraînent toutefois une exposition à une grande variété de conditions climatiques qui nécessitent une surveillance attentive des conditions de fonctionnement et de vieillissement afin de bénéficier d'une dureté et d'une résistance à la corrosion appropriées, en particulier à la corrosion sous contraintes et à l'écaillage.
Afin d'améliorer la résistance contre la corrosion sous contraintes et à 35 l'écaillage ainsi que la ténacité à la rupture, on sait comment faire sur-vieillir ces alliages de la série AA7000. Quand on les a fait artificiellement vieillir pour obtenir un état du type T79, T76, T74 ou T73, leur résistance à la corrosion sous contraintes, à la corrosion avec écaillage et la ténacité à la rupture s'améliorent dans l'ordre indiqué (T73 correspondant au meilleur alliage et T79 étant proche de T6), mais au coût d'une résistance moindre par rapport à l'état T6. Un état plus acceptable pour un état correspond à l'état de type T74 qui constitue un état limité de sur-vieillissement, entre T73 et T76, afin d'obtenir un niveau acceptable de résistance à la traction, de résistance à la corrosion sous contraintes, de résistance à la corrosion avec écaillage et de ténacité à la rupture. On obtient cet état T74 en faisant sur- vieillir le produit de type alliage d'aluminium a des températures valant 121 C pendant 6 à 24 heures puis 171 C pendant à peu près 14 heures.
En fonction des critères de design relatifs à un composant particulier d'aéronef, même de faibles améliorations de résistance, de ténacité ou de résistance à la corrosion entraînent des économies, lesquelles se traduisent entre autres par une économie de carburant sur la durée de vie de l'aéronef. Afin de satisfaire à ces exigences, on a développé plusieurs alliages de la série 7000.
Chacun des brevets EP-0377779, US-5.221.377 et US-5.496.426 décrivent des produits de type alliage et un procédé amélioré de production d'un alliage 7055 destiné à des applications de type feuille ou plaque fine dans le domaine de l'aérospatiale, en particulier des éléments d'extrados à caractéristiques de ténacité élevée et de bonne résistance à la corrosion, procédé comprenant les étapes suivantes: façonnage d'une carrosserie dont la composition est à peu près la suivante en % en poids: Zn 7,6 à 8,4; Cu de 2,2 à 2,6, Mg de 1,8 à 2,1 ou 2,2; et au moins un élément choisi parmi Zr, Mn, V et Hf, l'ensemble de ces éléments ne dépassant pas 0,6 % en poids, le reste étant de l'aluminium, plus des impuretés éventuelles; recuit de mise en solution et trempe du produit et vieillissement artificiel de vieillissement du produit soit par chauffage du produit à trois reprises successives à au moins une des températures comprises entre 79 C et 163 C, soit par chauffage préalable de ce produit à une ou à plusieurs températures comprises entre 79 C et 141 C pendant au moins deux heures, suivi d'un chauffage du produit à au moins une des températures comprises entre 148 C et 174 C. On précise que ces produits présentent une résistance améliorée à la corrosion avec écaillage de "EB" ou mieux, une limite élastique 15 % supérieure que les équivalents de taille 7x50 dans l'état de mélange T76. Ils présentent encore au moins environ 5 % au moins de résistance supplémentaire que leurs équivalents T77 de taille 7x50 (l'alliage 7150-T77 servira ci-après d'alliage de référence).
La présente invention se propose d'apporter un alliage Al-Zn amélioré, de préférence pour des produits en plaque de résistance élevée (à la compression) et de ténacité élevée. Leur résistance à la corrosion ne devra pas se dégrader.
Plus précisément, la présente invention se propose de présenter un produit en alliage que l'on pourra utiliser pour des applications sur extrados dans l'aérospatiale, qui fera preuve d'une limite élastique améliorée sous compression et un degré élevé de dispersion de l'énergie, dont les caractéristiques seront meilleures que celles d'un alliage classique AA7055 de l'état T77.
Un autre objectif de l'invention consiste à obtenir un alliage d'aluminium de la série AA7000 faisant preuve d'une résistance correspondant à celle des états du type T6 et des caractéristiques de ténacité et de résistance à la corrosion correspondant à celles des états du type T73.
Un objectif supplémentaire de l'invention consiste à proposer un procédé de fabrication de l'alliage d'aluminium conformément à cette invention.
La présente invention satisfait à au moins l'un des ces objectifs grâce aux caractéristiques des revendications indépendantes. On décrit et l'on indique des modes préférés supplémentaires de réalisation parmi les revendications dépendantes.
Comme on pourra le constater d'après ce qui suit, sauf indication contraire, les désignations d'alliage et les désignations d'état correspondent à celles de l'Aluminium Association dans les normes et dans les données relatives à l'aluminium (Aluminium Standards and Data) et dans les registres des dépôts (Registration Records) tous publiés par l'Aluminium Association des USA.
On atteint un ou plusieurs des objectifs susmentionnés de l'invention en mettant en oeuvre un produit d'alliage Al-Zn à combinaison améliorée de ténacité élevée et de résistance élevée qui garantira une bonne résistance à la corrosion, ledit alliage comprenant et étant de préférence constitué de (en pourcentage en poids) : Zn 6,0 à 11,0 Cu 1,4 à 2,2 Mg 1,4 à 2,4 Zr 0,05 à 0,15 Ti moins de 0,05 Hf et/ou V moins de 0, 25 éventuellement Sc et/ou Ce entre 0,05 et 0,25, et Mn éventuellement entre 0,05 et 0,12, ainsi que des impuretés inévitables, le reste étant de l'aluminium, de préférence d'autres éléments dont chacun restera au- dessous de 0,05 et représentant au total moins de 0,50, ledit produit en alliage présentant une microstructure pratiquement totalement non- recristallisée pour la position T/10 du produit fini.
Cette fenêtre chimique correspondant à un alliage de la série AA7000 donne d'excellentes caractéristiques quand on le produit sous forme de produits en plaques relativement fines, et on trouvera ses usages préférés dans l'aérospatiale, dans des applications pour extrados de calibre compris entre 20 et 60 mm.
La chimie définie ci-dessus donne des caractéristiques comparables ou meilleures à celles des alliages existants des séries AA7x5O ou AA7x55 dans l'état T77, sans mise en oeuvre des cycles lourds et complexes déjà décrits de vieillissement en trois étapes des T77. Ladite chimie donne un produit d'aluminium plus économique et plus simple à produire puisqu'il faut moins d'étapes de traitement. De plus, cette chimie permet des techniques nouvelles de fabrication telles que le façonnage par vieillissement ou la formation par fluage et vieillissement qui ne sont pas réalisables pour un alliage d'état T77. Encore mieux, ladite chimie peut aussi s'appliquer au vieillissement d'un état T77 afin d'en améliorer la résistance à la corrosion.
D'après l'invention, on constate qu'une gamme choisie d'éléments, où la teneur en zinc est plus élevée et où une combinaison spécifique d'une teneur particulière en magnésium et en cuivre donne des couples nettement meilleurs de résistance et de ténacité tout en maintenant une bonne résistance à la corrosion, en particulier une bonne résistance à la corrosion avec écaillage et une bonne résistance à la fissuration avec corrosion sous contraintes.
La présente invention fait appel à cette chimie alors qu'on la met en oeuvre selon un procédé permettant de produire un produit laminé à partir d'elle, comme on l'explique ci-après, afin d'obtenir une microstructure pratiquement totalement non-recristallisée du moins pour la position T/10 du produit fini. Plus préférablement, le produit est non-recristallisé sur l'ensemble de son épaisseur. Le terme "non-recristallisé" signifie que plus de 80 %, de préférence plus de 90 % du calibre du produit laminé final est pratiquement non-recristallisé. La présente invention se propose donc de décrire un produit en alliage particulièrement approprié pour des applications pour revêtements d'extrados destinés à des aéronefs et dont l'épaisseur est comprise entre 20 et 60 mm, de préférence entre 30 et 50 mm.
On a constaté qu'il n'est pas nécessaire de tremper lentement le produit laminé ni d'améliorer le calibre du produit laminé pour obtenir des caractéristiques de limite d'élasticité sous compression et de ténacité supérieures.
Le cuivre et le magnésium sont des éléments importants pour le renforcement de l'alliage. Des teneurs trop faibles en magnésium et en cuivre entraînent la baisse de la résistance, tandis que des teneurs trop élevées de magnésium et de cuivre entraînent des performances réduites vis-à-vis de la corrosion et des problèmes de soudabilité du produit en alliage. Les techniques de l'art antérieur faisaient appel à des procédures spéciales de vieillissement visant à améliorer la résistance alors qu'on mettait en oeuvre des teneurs faibles en magnésium et en cuivre afin d'obtenir de bonnes performances vis-à-vis de la corrosion. Afin de réaliser un compromis entre résistance, ténacité et résistance à la corrosion, on a constaté que des teneurs en cuivre et en magnésium (en % en poids) comprises entre 1,7 et 2,2 %, de préférence entre 1,7 et 2,1 % pour Mg et 1,8 % et 2,1 % pour Cu, donnent un bon équilibre pour des produits en plaques fines. Avec la chimie revendiquée par la présente invention, il devient possible d'obtenir de bons niveaux de résistance dans la zone de l'alliage à base de l'état T6 tout en maintenant les caractéristiques de performances vis-à-vis de la corrosion similaires à celles des alliages de l'état T74.
Outre les teneurs en magnésium et en cuivre, l'invention décrit un équilibre de magnésium et de cuivre par rapport au zinc, en particulier l'équilibre de magnésium par rapport au zinc, ce qui donne à l'alliage ces bonnes performances caractéristiques. La résistance améliorée à la corrosion de l'alliage conforme à l'invention donne des propriétés d'écaillage ("EXCO") d'EB ou mieux, d'EA ou mieux encore.
La teneur (en % en poids) de zinc se situe de préférence entre 7,4 et 9,6 %, plus préférablement entre 8,0 et 9,6 %, au mieux entre 8,4 et 8,9 %. Les essais montrent que le niveau optimal de zinc avoisine 8,6 %. On donne des détails supplémentaires dans les exemples apparaissant ci-après.
On a par ailleurs montré que selon un mode préféré de réalisation de la présente invention, un alliage contenant du scandium constitue un excellent candidat pour l'obtention d'une résistance élevée ainsi que des niveaux de ténacité supérieurs. Le fait d'ajouter du scandium dans un alliage comprenant du cuivre, du magnésium, du zinc, du zirconium et du titane permet de maintenir la microstructure non-recristallisée, ce qui lui confère des caractéristiques supérieures relatives à la résistance et à la ténacité. Les teneurs préférées en scandium (en % en poids) se situent donc dans un domaine tel que [Zr] + 1,5 [Sc] < 0,15 %. Les teneurs préférées (en pourcentage en poids) de Sc et de Ce sont comprises entre 0,03 et 0,06 % quand la teneur en Zn avoisine 8,70 % et celles de Mg et de Cu avoisinent 2,10 %. Les niveaux correspondant au degré de dissipation d'énergie sont remarquables pour un alliage comportant des éléments d'alliage tels que Sc, Ce ou Mn.
Un procédé préféré de production conforme à la présente invention d'un produit en alliage Al-Zn de haute résistance et de ténacité élevée dont la résistance à la corrosion soit bonne comprend les étapes suivantes.
Hf et/ou V moins de 0,25 éventuellement Sc et/ou Ce entre 0,05 et 0,25 et Mn éventuellement entre 0,05 et 0,12 ainsi que des impuretés inévitables, le reste étant de l'aluminium, de préférence d'autres éléments dont chacun restera au- dessous de 0,05 et représentant au total moins de 0,50, b. homogénéisation et/ou préchauffage du lingot après coulée, c. façonnage à chaud du lingot pour obtenir un produit pré-façonné, d. re-chauffe du produit pré-façonné dl. et soit un laminage à chaud du produit réchauffé selon le calibre final d2. soit un laminage à chaud et un laminage à froid du produit réchauffé selon le calibre final, e. recuit de mise en solution et trempe du produit recuit par mise en solution, f. étirage ou compression éventuelle du produit d'alliage trempé ou façonné à froid afin de le soulager des contraintes, a. coulée d'un lingot de composition (en % en poids) Zn 6,0 à 11,0 Cu 1,4 à 2,2 Mg 1,4 à 2,4 Zr 0,05 à 0,15 Ti moins de 0,05 g. et vieillissement éventuel du produit trempé et éventuellement étiré ou comprimé afin d'obtenir un état voulu, le produit en alliage présentant une microstructure pratiquement totalement non- recristallisée pour la position T/10 du produit fini.
On a constaté que la microstructure du produit d'alliage reste pratiquement totalement non-recristallisée sous sa surface lorsque l'étape de procédé conforme à l'invention de pré-façonnage du produit et de laminage à chaud et/ou de laminage à froid du produit pré-façonné sont appliquées.
Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, le procédé comprend un premier laminage à chaud du lingot que l'on a homogénéisé sous forme de produit pré-façonné, un laminage à chaud du produit réchauffé jusqu'à 150 à 250 (en % de calibre final) puis un laminage à froid du produit laminé à chaud jusqu'au calibre final ou bien un laminage à chaud du produit réchauffé jusqu'à 105 à 140 environ (en % de calibre final) puis un laminage à froid du produit laminé à chaud jusqu'au calibre final. "% de calibre final" correspond à un pourcentage d'épaisseur par rapport à l'épaisseur du produit final. 200 % du calibre final signifie que l'épaisseur est double de celle du produit façonné fini. Cela signifie qu'on a constaté qu'il est avantageux de commencer par laminer à chaud le produit pré-chauffé jusqu'à une épaisseur valant à peu près le double de celle du produit fini avant de laminer à froid le produit laminé à chaud jusqu'à l'épaisseur finale ou de laminer à chaud le produit pré-chauffé jusqu'à une épaisseur avoisinant 20 % de plus que celle du produit fini avant de laminer à froid le produit, ce qui permet d'obtenir une autre réduction d'environ 20 % du calibre du produit laminé à chaud.
Conformément à un autre mode de réalisation de la présente invention, il est avantageux de laminer à chaud le produit réchauffé à de basses températures comprises entre 300 C et 420 C afin que l'alliage ne recristallise pas. Il est éventuellement possible de faire vieillir artificiellement le produit façonné et ayant subi un traitement thermique à l'aide d'un état T79 ou T76 en deux étapes, ou bien de mettre en oeuvre un état T77 en trois étapes si les performances de SCC doivent être améliorées.
La présente invention s'avère utile pour le laminage à chaud du lingot après coulée et éventuel laminage à froid sous forme d'un produit façonné dont le calibre est compris entre 20 et 60 mm.
La présente invention concerne aussi un produit en plaque en alliage AlZn de résistance élevée, de ténacité élevée et correspondant à la composition susmentionnée, ce produit en plaque fine étant de préférence une pièce fine d'aéronef, encore plus préférablement une pièce allongée de forme structurelle telle qu'une pièce d'extrados, une pièce de revêtement fin d'extrados ou de raidisseur (ou de lisse) d'aéronef.
Les caractéristiques de l'alliage revendiqué peuvent encore être améliorées selon une étape de vieillissement artificiel comprenant un premier traitement thermique à une température comprise entre 105 et 135 C, de préférence proche de 120 C pendant 2 à 20 heures, de préférence pendant 8 heures, puis un second traitement thermique à une température supérieure à 135 C mais inférieure à 210 C, de préférence proche de 155 C pendant 4 à 12 heures, de préférence 8 à 10 heures.
Les caractéristiques et avantages précédents des alliages conformes à la présente invention vont mieux apparaître d'après la description détaillée suivante des modes préférés de réalisation.
Exemple 1
À l'échelle du laboratoire, on a coulé 14 alliages différents d'aluminium sous forme de lingots, on les a homogénéisés, on les a pré-chauffés pendant 6 heures à 410 C environ et on les a laminés à chaud sous forme de plaques de 4 millimètres. On a réalisé le recuit de mise en solution à 475 C puis on a refroidi dans de l'eau. Puis on a fait vieillir le produit trempé selon une procédure de vieillissement en deux étapes pour T76. Les compositions chimiques apparaissent dans le tableau 1.
Tableau 1
Compositions chimiques d'alliages sous forme de plaque fine en % en poids, complément aluminium et impuretés inévitables, Fe 0,06, Si 0,05, Ti 0,04 et Zr 0,12.
alliage Cu Mg Zn autres 1 2,0 2,1 8,0 0,08 Mn 2 2,1 2,1 8,1 - 3 1,7 1,75 8,7 - 4 2,1 1,7 8,6 - 2,4 1,7 8,6 - 6 1,7 2,2 8,7 - 7 2,1 2,1 8,6 - 8 2,4 2,1 8,7 - 9 1,7 2,5 8,7 - 2,1 2,4 8,6 - 11 2,5 2,5 8,7 - 12 2,1 2,1 9,2 13 2,1 2,1 8,7 0,03 Ce 14 2,1 2,1 8,7 0,06 Sc Les alliages du tableau 1 sont traités selon trois variantes de traitement (cf. étape 5) : 1. On réalise l'homogénéisation en chauffant à une vitesse de chauffage valant 40 C/h jusqu'à une température de 460 C, puis l'on procède à un trempage pendant 12 heures à 460 C puis on réchauffe à 25 C/h jusqu'à une température valant 475 C avec un autre trempage pendant 24 heures à 475 C et l'on refroidit à l'air jusqu'à la température ambiante.
2. On pré-chauffe à 420 C pendant 6 heures, la vitesse de chauffage valant 40 C/h.
3. On lamine à chaud les lingots à l'échelle du laboratoire de 80 à 25 mm, ce qui réduit le calibre d'environ 6 à 8 mm par passage.
4. On réchauffe les produits de 25 mm d'épaisseur jusqu'à 420 C pendant 30 minutes à peu près.
5. Variante numéro 1: on lamine à chaud le produit réchauffé jusqu'à 4,0 millimètres.
Variante numéro 2: on lamine à chaud le produit réchauffé jusqu'à 8,0 millimètres puis on le lamine à froid jusqu'à 4,0 mm.
Variante numéro 3: on lamine à chaud le produit réchauffé jusqu'à 5,0 mm puis on le lamine à froid jusqu'à 4,0 mm.
6. On effectue le recuit de mise en solution pendant 1 heure à 475 C avant de le refroidir dans de l'eau.
7. On étire d'1,5 à 2,0 % au cours de l'heure qui suit la trempe.
8. Puis on fait vieillir les produits étirés selon une procédure T76 de vieillissement, à savoir que l'on élève la température de 120 C à une vitesse de 30 C/h et que l'on maintient la température à 120 C pendant 5 heures, puis que l'on élève la température à une vitesse de 15 C/h jusqu'à une température de 160 C et que l'on laisse tremper pendant 6 heures, avant de refroidir le produit vieilli à l'air jusqu'à la température ambiante.
On mesure la résistance à l'aide d'un petit Euronorm et l'on mesure la ténacité conformément à la norme ASTM B-871 (1996). Les résultats des ces trois variantes susmentionnées apparaissent dans les tableaux 2a à 2c.
Tableau 2a
Caractéristiques de résistance et de ténacité des alliages apparaissant dans le tableau 1 en MPa et résilience d'une éprouvette entaillée (TYR) conformément à la variante numéro 1.
Alliage Rp UPE TYR 1 582 211 1,31 2 564 215 1,48 3 534 243 1,49 4 550 214 1,46 579 208 1,44 6 592 84 1,34 7 595 120 1,32 8 605 98 1,32 9 612 30 1,31 613 54 1,12 11 603 33 1,11 12 - - - 13 597 163 1,27 14 587 121 1,35
Tableau 2b
Caractéristiques de résistance et de ténacité des alliages apparaissant dans le tableau 1 en MPa et résilience d'une éprouvette entaillée (TYR) conformément à la variante numéro 2.
Alliage Rp UPE TYR 1 599 125 1,30 2 567 268 1,45 3 533 143 1,53 4 587 205 1,38 563 178 1,45 6 569 134 1,35 7 - - - 8 616 72 1,10 9 - - - 601 22 1,00 11 612 5 1,05 12 - - - 13 595 88 1,16 14 626 71 1,26
Tableau 2c
Caractéristiques de résistance et de ténacité des alliages apparaissant dans le tableau 1 en MPa et résilience d'une éprouvette entaillée (TYR) conformément à la variante numéro 3.
Alliage Rp UPE TYR 1 600 170 1,35 2 575 211 1,47 3 535 232 1,59 4 573 260 1,46 604 252 1,39 6 587 185 1,43 7 613 199 1,26 8 627 185 1,18 9 - - - 607 31 1,09 11 614 26 0,92 12 606. 58 1,11 13 601 148 1,26 14 616 122 1,35 Il apparaît clairement d'après les résultats des tableaux 2a à 2c qu'un degré mineur (entre 10 et 20 %) du laminage à froid s'avère bénéfique pour l'obtention d'un équilibre optimal de la ténacité par rapport à la résistance. Le matériau ne subissant que le laminage à chaud conformément à la variante 1 (cf. tableau 2a) est proche de l'optimum, mais les alliages conformes à la variante 3 se révèlent généralement meilleurs.
On peut en outre constater que l'alliage 14 contenant du scandium s'avère avantageux si l'on recherche une résistance très haute par rapport à la résilience d'une éprouvette entaillée. De faibles teneurs en manganèse augmentent effectivement la résistance, mais au détriment de la ténacité.
Exemple 2
On a mis en oeuvre d'autres chimies conformément aux étapes 1 à 8 apparaissant précédemment, en mettant ainsi en oeuvre la variante 3 de l'étape 5 de l'exemple 1 ci-dessus et un vieillissement de type T76.
Tableau 3
Compositions chimiques d'alliages sous forme de plaque fine en % en poids pour tous les alliages, complément aluminium et impuretés inévitables, Fe 0,06, Si 0,05.
alliage Cu Mg Zn Zr Ti autres 1 2,0 2,1 8,0 0,11 0,03 0,08 Mn 2 2,1 2,1 8,1 0,12 0,03 - 3 1,7 2,2 8,7 0,12 0,03 - 4 2,1 2,1 8,6 0,12 0,03 - 2,4 2,1 8,7 0,12 0,03 - 6 2,1 2,1 9,2 0,12 0,03 - 7 2,1 2,1 8,7 0,12 0,04 0,04 Ce 8 2,1 2,1 8,7 0,10 0,04 0,06 Sc 9 1,7 2,1 9,3 0,12 0,03 - 1,6 2,5 9,2 0,12 0,04 - 11 2,1 2,4 9,2 0,12 0,04 - Les caractéristiques des alliages apparaissant dans le tableau 3 ont été testées dans la direction L pour la résistance et dans la direction L-T pour la ténacité.
Tableau 4
Caractéristiques de résistance et de ténacité des alliages apparaissant dans le tableau 3 en MPa et résilience d'une éprouvette entaillée (TS/Rp) conformément à la variante numéro 3.
Alliage Rp (MPa) Rm (MPa) UPE (kJ/mz) TS/Rp 1 601 637 177 1,35 2 575 603 221 1,48 3 591 610 194 1,45 4 613 647 199 1,34 624 645 178 1,18 6 608 638 63 1,13 7 601 639 163 1,27 8 618 652 132 1,35 9 613 632 75 1,25 618 650 5 1,29 11 619 654 26 1,18 La ténacité en fonction de la limite apparente d'élasticité (Rp) apparaissant dans le tableau 4 montre clairement que l'on obtient la meilleure valeur de ténacité par rapport à la limite apparente d'élasticité pour des alliages comportant autour de 8,6 à 8,7 % en poids de zinc. Les alliages à teneur inférieure en zinc donnent des valeurs similaires de ténacité mais leur résistance à la traction est de façon générale inférieure, tandis que les niveaux élevés de zinc donnent des niveaux plus élevés de résistance mais des niveaux moins élevés de ténacité. De faibles teneurs en manganèse améliorent en effet la résistance, mais au détriment de la ténacité.
Exemple 3
On a effectué d'autres essais pour des niveaux de zinc valant 8,6 et 8,7 en faisant varier les niveaux de cuivre et de magnésium. On peut constater que les niveaux de ténacité peuvent être élevés pour des niveaux identiques de contrainte.
On traite des alliages supplémentaires de la même façon que ceux de l'exemple 2, en procédant aux étapes de traitement 1 à 8 décrites précédemment et la variante 3 de l'étape 5 de l'exemple 1.
Tableau 5
Compositions chimiques d'alliages sous forme de plaque fine en % en poids pour tous les alliages, complément aluminium et impuretés inévitables, Fe 0,06, Si 0,05.
alliage Cu Mg Zn Zr Ti autres 3 1,7 2,2 8,7 0,12 0,03 - 4 2,1 2,1 8,6 0,12 0,03 - 2,4 2,1 8,7 0,12 0,03 - 12 2,5 2,5 8,7 0,11 0,03 0,08 Mn 13 2,1 2,4 8,6 0,12 0,03 - 14 1,7 2,5 8,7 0,12 0,03 - 1,7 1,7 8,7 0,12 0,03 - 16 2,4 1,7 8,6 0,12 0,03 - 17 2,1 1,7 8,6 0,12 0,04 -
Tableau 6
Caractéristiques de résistance et de ténacité des alliages apparaissant dans le tableau 5 en MPa et résilience d'une éprouvette entaillée (TS/Rp) conformément à la variante numéro 3.
Alliage Rp (MPa) UPE (kJ/m2) TS/Rp 3 591 194 1,45 4 613 199 1,34 624 178 1,18 12 614 26 0,92 13 607 31 1,09 14 621 55 1,01 535 232 1,59 16 604 252 1,39 17 573 260 1,46 Comme le montre le tableau 6, il est avantageux d'utiliser des niveaux de magnésium inférieurs à 2,4 %, l'optimum se situant aux alentours de 1,7 %. Quand les niveaux de magnésium avoisinent 1,7 %, on obtient d'excellentes caractéristiques de ténacité mais les niveaux de résistance diminuent. C'est pour des niveaux de magnésium proches de 2,1 % que l'on obtient les meilleurs niveaux de résistance. La teneur en magnésium est donc idéale entre 1,7 et 2,1 %.
L'ensembles des alliages susmentionnés ont été testés quant à leur corrosion avec écaillage conformément à la norme ASTM G-34. Ils ont tous donné des performances de niveau EB au moins.
Il apparaît de plus que l'ajout de cérium ou de scandium améliore la microstructure de l'alliage, ce qui réduit les traitements de récupération. Comme la récupération au sein du matériau d'alliage est faible, pratiquement aucune recristallisation n'a lieu même si l'on met en oeuvre un recuit de mise en solution conformément au protocole standard. Le scandium empêche la recristallisation si bien qu'habituellement, plus de 90 % de l'épaisseur des produits en plaques fines restent non-recristallisée. La description de l'invention étant achevée, il apparaîtra à quelqu'un de
normalement expérimenté dans l'art que de nombreuses modifications et de nombreux changement peuvent être réalisés sans quitter la portée ou l'esprit de l'invention que l'on a ici décrite.
Claims (19)
1. Procédé de production d'un produit en alliage de résistance élevée, de ténacité élevée et de bonne résistance à la corrosion, procédé comprenant les étapes suivantes.
coulée d'un lingot de composition (en % en poids) Hf et/ou V moins de 0, 25 % éventuellement Sc et/ou Ce entre 0,05 et 0,25 % Mn éventuellement entre 0, 05 et 0,12 % ainsi que des impuretés inévitables, le reste étant de l'aluminium, b. homogénéisation et/ou préchauffage du lingot après coulée, c. façonnage à chaud du lingot pour obtenir un produit pré-façonné, d. re-chauffe du produit pré-façonné dl. et soit un laminage à chaud du produit réchauffé selon le calibre final d2. soit un laminage à chaud et un laminage à froid du produit réchauffé selon le calibre final, e. recuit de mise en solution et trempe du produit recuit par mise en solution, f. étirage ou compression éventuelle du produit d'alliage trempé, g. et vieillissement éventuel du produit trempé et éventuellement étiré ou comprimé afin d'obtenir un état voulu, le produit en alliage présentant une microstructure pratiquement totalement non-recristallisée au moins pour la position T/10 du produit fini.
2. Procédé selon la revendication 1, au cours duquel on lamine à chaud le produit réchauffé jusqu'à 150 à 250 (% du calibre final) avant de laminer à froid le produit laminé à chaud jusqu'au calibre final.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, au cours duquel on lamine à chaud le produit réchauffé jusqu'à 105 à 140 (% du calibre final) avant de laminer à froid le produit laminé à chaud jusqu'au calibre final.
Zn 6,0à11,0% Cu 1,4à2,2% Mg 1,4 à 2,4 % Zr 0,05à0,15% Ti moins de 0,05 %
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 comprenant le laminage à chaud du produit réchauffé à basses températures, comprises entre 300 C et 420 C, afin d'empêcher que le produit d'alliage ne recristallise.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, au cours duquel l'étape g de vieillissement artificiel concerne un état choisi dans le groupe des T79 et des T76, de préférence par le biais d'un traitement de vieillissement en deux étapes.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, au cours duquel l'étape g de vieillissement artificiel consiste en une première étape de vieillissement à une température comprise entre 105 et 135 C pendant 2 à 20 heures et en une seconde étape de vieillissement à une température supérieure à 135 C mais inférieure à 210 C pendant 4 à 12 heures concernant un état choisi parmi les états T79 et T76.
7. Procédé selon la revendication 6, au cours duquel l'étape g de vieillissement artificiel consiste en une première étape de vieillissement à une température proche de 120 C pendant 2 à 20 heures et en une seconde étape de vieillissement à une température supérieure à 135 C mais inférieure à 210 C pendant 4 à 12 heures concernant un état choisi parmi les états T79 et T76.
8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, au cours duquel l'étape g de vieillissement artificiel consiste en une première étape de vieillissement à une température proche de 120 C pendant 2 à 20 heures et en une seconde étape de vieillissement à une température voisine de 155 C pendant 4 à 12 heures concernant un état choisi parmi les états T79 et T76.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, où la teneur en zinc est comprise entre 7,4 et 9,6 % en poids.
10. Procédé selon la revendication 9, où la teneur en zinc est comprise entre 8,0 et 9,6 % en poids, et de préférence entre 8,4 et 8,9 % en poids.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, où la teneur en cuivre est comprise entre 1,7 et 2,2 % en poids, et de préférence entre 1,8 et 2,1 % en poids.
12. Procédé selon la revendication 11, où la teneur en magnésium est comprise entre 1,7 et 2,2 % en poids et de préférence entre 1,7 et 2,1 % en poids.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, où la teneur en scandium est telle que [Zr] + 1,5 [Sc] < 0,15 % en poids.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, où la teneur en scandium est comprise entre 0,03 et 0,06 % et où la teneur en cérium est comprise entre 0,03 et 0,06 %.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, où la teneur en impuretés inévitables est inférieure à 0,05 % en poids chacune pour un total inférieur à 0,5 % en poids.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, où plus de 80 % 20 et de préférence plus de 90 % du calibre du produit laminé fini a une microstructure pratiquement non-recristallisée.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, où le produit Al-Zn est une plaque fine dont le calibre est compris entre 20 et 60 mm, de 25 préférence entre 30 et 50 mm.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, où le produit Al-Zn est un produit choisi dans le groupe constitué d'une pièce d'aéronef, d'une pièce d'extrados, d'une pièce fine de revêtement d'extrados et d'un raidisseur d'aéronef.
19. Produit façonné en alliage Al-Zn à combinaison améliorée de ténacité élevée et de résistance élevée avec maintien d'une bonne résistance à la corrosion, ledit alliage étant constitué (en % en poids) de: Zn 6,0 à 11, 0 Cu 1,4 à 2,2 Mg 1,4 à 2,4 Zr 0,05 à 0,15 Ti moins de 0,05 Hf et/ou V moins de 0,25 éventuellement Sc et/ou Ce entre 0,05 et 0,25, et Mn éventuellement entre 0,05 et 0,12, d'autres éléments dont chacun restera au-dessous de 0,05 et représentant au total moins de 0,50, complément aluminium, ledit produit façonné en alliage Al-Zn présentant une microstructure pratiquement totalement non-recristallisée au moins pour la position T/10 du produit fini.
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