FR2888854A1 - CORROYE ALUMINUM ALLOY PRODUCT OF THE AA-7000 SERIES, PROCESS FOR PRODUCING SUCH PRODUCT, AND SOLDER COMPONENT COMPRISING SUCH A PRODUCT - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un produit en un alliage d'aluminium corroyé de la série AA-7000, lequel alliage contient, outre de l'aluminium, 7,5 à 14,0 % de zinc, 1,0 à 5,0 % de magnésium, au plus 0,28 % de cuivre, moins de 0,30 % de fer et moins de 0,25 % de silicium.L'invention concerne également un procédé de production d'un tel produit, ainsi qu'un composant soudé comportant un tel produit.Le produit de l'invention est doté d'une sensibilité réduite à la fissuration à chaud, ce qui le rend particulièrement apte au soudage, ainsi que d'une résistance mécanique et d'une tenacité meilleures que celles d'un produit en alliage AA7050 ou AA7075, et il présente une dureté supérieure à 180 HB après maturation artificielle.The invention relates to a wrought aluminum alloy product of the AA-7000 series, which alloy contains, besides aluminum, 7.5 to 14.0% of zinc, 1.0 to 5.0% of magnesium, at most 0.28% copper, less than 0.30% iron and less than 0.25% silicon.The invention also relates to a process for producing such a product, as well as to a welded component The product of the invention has a reduced sensitivity to hot cracking, which makes it particularly suitable for welding, as well as better strength and toughness than those of a product made of alloy AA7050 or AA7075, and it has a hardness greater than 180 HB after artificial maturation.
Description
Produit en alliage d'aluminium corroyé de la série AA-7000Wrought aluminum alloy product of the AA-7000 series
procédé de fabrication d'un tel produit, et composant soudé comportant un tel produit La présente invention concerne un alliage d'aluminium corroyé de la série AA-7000, soudable, sous forme de produit laminé, extrudé ou forgé, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel produit. L'invention concerne en outre un composant soudé comportant un tel produit. The present invention relates to a welded aluminum alloy of the AA-7000 series, weldable, in the form of a rolled product, extruded or forged, as well as a process for producing such a product, and a welded component comprising such a product. manufacturing of such a product. The invention further relates to a welded component comprising such a product.
Dans tout ce qui suit, sauf mention contraire, les alliages et les états de traitement thermique sont indiqués par les désignations de l'Aluminum Association qui figurent dans les ouvrages "Aluminum Standards and Data" et "Registration Records" publiés par l'Aluminum Association. In what follows, unless otherwise indicated, the alloys and heat treatment grades are indicated by the Aluminum Association designations appearing in the Aluminum Standards and Data and Registration Records published by the Aluminum Association. .
Dans tout ce qui suit, sauf mention contraire, les pourcentages 15 indiqués dans les compositions d'alliage, préférées ou non, sont tous des pourcentages pondéraux. In what follows, unless otherwise stated, the percentages given in the preferred and unspecified alloy compositions are all percentages by weight.
Les alliages d'aluminium de la série AA-7000 (AA: Aluminum Association) possèdent, comme on le sait, une résistance mécanique élevée qui fait d'eux des matériaux appropriés pour des applications telles que des pièces de structure d'avions ou des plaques d'usinage. Comme exemples d'alliages de ce type, on peut mentionner les alliages AA7075 et AA7055, qui sont couramment employés dans les applications aéronautiques en raison de leur grande résistance mécanique et de leurs autres propriétés intéressantes. Dans un alliage AA7055, il y a 7,6 à 8,4 % de zinc, 1,8 à 2,3 % de magnésium, 2,0 à 2,6 % de cuivre, 0,08 à 0,25 % de zirconium, moins de 0,15 % de fer et moins de 0,10 % de silicium, le reste étant constitué de l'aluminium et des éléments et impuretés accidentellement présents. Dans un alliage AA7075, il y a 5,1 à 6,1 % de zinc, 2,1 à 2,9 % de magnésium, 1,2 à 2,0 % de cuivre, 0,18 à 0,28 % de chrome, moins de 0, 50 % de fer, moins de 0,40 % de silicium et moins de 0,30 % de manganèse, le reste étant constitué de l'aluminium et des éléments et impuretés accidentellement présents. Aluminum alloys of the AA-7000 series (AA: Aluminum Association) have, as we know, a high mechanical strength which makes them suitable materials for applications such as aircraft structural parts or machining plates. As examples of such alloys, there may be mentioned alloys AA7075 and AA7055, which are commonly used in aeronautical applications because of their high mechanical strength and other valuable properties. In an AA7055 alloy, there is 7.6 to 8.4% zinc, 1.8 to 2.3% magnesium, 2.0 to 2.6% copper, 0.08 to 0.25% zirconium, less than 0.15% iron and less than 0.10% silicon, the remainder being aluminum and accidentally present elements and impurities. In an AA7075 alloy, there are 5.1 to 6.1% zinc, 2.1 to 2.9% magnesium, 1.2 to 2.0% copper, 0.18 to 0.28% chromium, less than 0.50% iron, less than 0.40% silicon and less than 0.30% manganese, the remainder being aluminum and accidentally present elements and impurities.
Quand on fait mûrir artificiellement l'un de ces alliages jusqu'à son maximum de résistance, traitement qui implique d'habitude un séjour de 20 heures ou plus à une température de maturation relativement basse, de 100 à 150 C, on obtient un alliage qui est dans un état qu'on appelle "état T6" de traitement thermique. Mais dans cet état, les alliages AA7075 et les alliages similaires sont sensibles à la fissuration par corrosion sous contrainte (FCC), à la corrosion exfoliante (CExf) et à la corrosion intergranulaire (CIg). On peut amoindrir cette sensibilité grâce à un traitement thermique appelé "T7x", mais uniquement au prix d'une importante baisse de la résistance mécanique. On sait qu'on peut obtenir des valeurs plus élevées de la résistance mécanique en ajoutant de plus grandes quantités d'éléments d'alliage, en particulier de zinc, de magnésium ou de cuivre, mais cette hausse de la résistance mécanique s'accompagne d'une baisse de la tenacité. En outre, la forte teneur en cuivre des alliages mentionnés ci-dessus les rend sensibles à la fissuration à chaud après soudage. Dans le cas d'une plaque d'usinage, il est très important que le matériau, en plus de bien se prêter au soudage en vue d'éventuelles réparations, offre une grande dureté. When one of these alloys is artificially ripened to its maximum strength, which usually involves a residence time of 20 hours or more at a relatively low maturation temperature of 100 to 150 ° C, an alloy is obtained. which is in a state called "T6 state" heat treatment. But in this state, AA7075 alloys and similar alloys are sensitive to stress corrosion cracking (FCC), exfoliating corrosion (CExf) and intergranular corrosion (ICg). This sensitivity can be reduced by a heat treatment called "T7x", but only at the cost of a significant decrease in mechanical strength. It is known that higher values of mechanical strength can be obtained by adding larger amounts of alloying elements, in particular zinc, magnesium or copper, but this increase in mechanical strength is accompanied by 'a drop in tenacity. In addition, the high copper content of the alloys mentioned above makes them susceptible to hot cracking after welding. In the case of a machining plate, it is very important that the material, in addition to being well welded for possible repairs, offers a high hardness.
L'un des buts de cette invention est de proposer un produit, des-tiné idéalement à servir dans des applications aéronautiques ou à servir de plaque d'usinage, en alliage corroyé de la série AA-7000, présentant la combinaison de propriétés suivante: résistance mécanique et ténacité améliorées, sensibilité réduite à la fissuration à chaud en cours de soudage, et dureté supérieure à 180 HB après maturation artificielle. One of the aims of this invention is to propose a product, ideally suited for use in aeronautical applications or as a machining plate, wrought alloy series AA-7000, having the following combination of properties: improved strength and toughness, reduced sensitivity to hot cracking during welding, and hardness above 180 HB after artificial ripening.
Un autre but de cette invention est de proposer un produit en alliage corroyé de la série AA-7000, présentant la combinaison de propriétés suivante: résistance améliorée à la corrosion intergranulaire, résistance mécanique améliorée, sensibilité réduite à la fissuration à chaud en cours de soudage, et dureté supérieure à 180 HB après matu-ration artificielle. Another object of this invention is to provide a wrought alloy product of the AA-7000 series, having the following combination of properties: improved resistance to intergranular corrosion, improved mechanical strength, reduced sensitivity to hot cracking during welding , and hardness greater than 180 HB after artificial matu-ration.
Encore un autre but de cette invention est de proposer un produit en alliage corroyé de la série AA-7000, présentant la combinaison de propriétés suivante: bonne aptitude au soudage, résistance mécanique améliorée, et dureté supérieure à 180 HB après maturation artificielle. Yet another object of this invention is to provide a wrought alloy product of the AA-7000 series having the following combination of properties: good weldability, improved mechanical strength, and hardness greater than 180 HB after artificial cure.
Un autre but de cette invention est de proposer un procédé qui permette de fabriquer un produit en un alliage corroyé de la série AA-7000 qui présente l'une des combinaisons de propriétés suivantes: 1) résistance mécanique et ténacité améliorées, sensibilité réduite à la fissuration à chaud en cours de soudage, et dureté supérieure à 180 HB après maturation artificielle; 2) résistance améliorée à la corrosion intergranulaire, résistance mécanique améliorée, sensibilité réduite à la fissuration à chaud en cours de soudage, et dureté supérieure à 180 HB après maturation artificielle; et qui puisse être mis en oeuvre de façon plus économique que les pro-cédés actuellement connus et mis en pratique à l'échelle industrielle. Another object of this invention is to provide a method which makes it possible to manufacture a product of a wrought alloy of the AA-7000 series which has one of the following combinations of properties: 1) improved strength and toughness, reduced sensitivity to hot cracking during welding, and hardness greater than 180 HB after artificial maturation; 2) improved resistance to intergranular corrosion, improved mechanical strength, reduced sensitivity to hot cracking during welding, and hardness greater than 180 HB after artificial ripening; and which can be implemented more economically than the processes currently known and practiced on an industrial scale.
La présente invention, qui permet d'atteindre ou de dépasser un ou plusieurs de ces buts ainsi que d'obtenir encore d'autres avantages, a pour objet un produit en un alliage d'aluminium corroyé de la série AA7000, lequel alliage contient, en pourcentages pondéraux: 7,5 à 14,0 % de zinc, 1,0 à 5,0 % de magnésium, au plus 0,28 % de cuivre, moins de 0,30 % de fer, et moins de 0,25 % de silicium, ainsi qu'un ou plusieurs des éléments suivants, en les quantités indiquées: moins de 0,30 % de zirconium, moins de 0,30 % de titane, moins de 0,30 % de hafnium, moins de 0,80 % de manganèse, moins de 0,40 % de chrome, moins de 0,40 % de vanadium et moins de 0,70 % de scandium, des éléments et impuretés accidentellement présents, chacun en une proportion inférieure à 0,05 %, pour une proportion totale inférieure à 0,15 %, et le complément à 100 % d'aluminium, et lequel produit est doté d'une sensibilité réduite à la fissuration à chaud, ainsi que d'une résistance mécanique et d'une tenacité meilleures que celles d'un produit en alliage AA7050 ou AA7075, et présente une dureté supérieure à 180 HB après maturation artificielle. The present invention, which makes it possible to achieve or exceed one or more of these objects as well as to obtain further advantages, relates to a wrought aluminum alloy product of the AA7000 series, which alloy contains, in percentages by weight: 7.5 to 14.0% zinc, 1.0 to 5.0% magnesium, not more than 0.28% copper, less than 0.30% iron, and less than 0.25% % of silicon, and one or more of the following, in the quantities indicated: less than 0.30% zirconium, less than 0.30% titanium, less than 0.30% hafnium, less than 0, 80% of manganese, less than 0.40% of chromium, less than 0.40% of vanadium and less than 0.70% of scandium, elements and impurities accidentally present, each in a proportion of less than 0.05%, for a total proportion of less than 0.15%, and the complement to 100% of aluminum, and which product has a reduced sensitivity to hot cracking, as well as a mechanical strength. and better than those of an AA7050 or AA7075 alloy product, and has a hardness greater than 180 HB after artificial ripening.
Selon la présente invention, on propose donc un produit en un alliage d'aluminium corroyé de la série AA-7000, lequel alliage con-tient essentiellement, en pourcentages pondéraux: 7,5 à 14,0 % de zinc, 1,0 à 5, 0 %, et de préférence 2,0 à 4,5 %, de magnésium, au plus 0,28 % de cuivre, moins de 0,30 %, de préférence moins de 0,14 %, et mieux encore moins de 0,08 %, de fer, et moins de 0,25 %, de préférence moins de 0,12 %, et mieux encore moins de 0,07 %, de silicium, ainsi qu'un ou plusieurs des éléments suivants, en les quantités indiquées: moins de 0,30 %, de préférence 0,04 à 0,15 %, et mieux encore 0,04 à 0,13 %, de zirconium, moins de 0,30 %, de préférence moins de 0,20 %, et mieux encore moins de 0,10 %, de titane, moins de 0,30 % de hafnium, moins de 0,80 %, de préférence moins de 0,40 %, de manganèse, moins de 0,40 % de chrome, moins de 0,40 %, de préférence moins de 0,30 %, de vanadium, moins de 0, 70 %, de préférence au plus 0,50 %, de scandium, des éléments et impuretés accidentellement présents, chacun en une proportion inférieure à 0,05 %, pour une proportion totale inférieure à 0,15 %, et le complément à 100 % d'aluminium, et lequel produit est doté d'une sensibilité réduite à la fissuration à chaud, ainsi que d'une résistance mécanique et d'une tenacité améliorées, et présente après maturation artificielle une dureté supérieure à 180 HB, de préférence supérieure à 185 HB, et mieux encore supérieure à 190 HB. Dans les meilleurs des cas, on est parvenu à obtenir des pro-duits présentant à l'état durci, après maturation, une dureté supérieure à 210 HB. On précise à ce propos, à l'attention des spécialistes en la matière, que les valeurs de dureté indiquées dans le présent mémoire ont été mesurées au niveau du milieu de l'épaisseur de section, puisque c'est là qu'est situé, dans un produit en alliage corroyé, l'endroit le plus sensible à la trempe. According to the present invention, there is therefore provided a wrought aluminum alloy product of the AA-7000 series, which alloy essentially comprises, in percentages by weight: 7.5 to 14.0% zinc, 1.0 to 5.0%, and preferably 2.0 to 4.5%, magnesium, at most 0.28% copper, less than 0.30%, preferably less than 0.14%, and more preferably less than 0.08%, of iron, and less than 0.25%, preferably less than 0.12%, and more preferably less than 0.07%, of silicon, as well as one or more of the following, in indicated amounts: less than 0.30%, preferably 0.04 to 0.15%, and more preferably 0.04 to 0.13%, zirconium, less than 0.30%, preferably less than 0.20; %, and more preferably less than 0.10%, titanium, less than 0.30% hafnium, less than 0.80%, preferably less than 0.40%, manganese, less than 0.40% of chromium, less than 0.40%, preferably less than 0.30%, vanadium, less than 0.70%, preferably at most 0.50%, of scandium, elements and impurities accidentally present, each in a proportion of less than 0.05%, for a total proportion of less than 0.15%, and the complement of 100% of aluminum, and which product has a reduced sensitivity to heat cracking, as well as improved mechanical strength and toughness, and after artificial maturation has a hardness greater than 180 HB, preferably greater than 185 HB, and more preferably greater than 190 HB. In the best cases, it has been possible to obtain products having, in the cured state, after maturing, a hardness greater than 210 HB. It should be noted in this regard, to the attention of those skilled in the art, that the hardness values given herein have been measured at the middle of the section thickness, since that is where it is located, in a wrought alloy product, the most sensitive place to quench.
En réduisant la sensibilité du matériau à la fissuration à chaud, on améliore notablement son aptitude au soudage. Il est préférable de maintenir basses les teneurs en fer et en silicium, par exemple à des valeurs qui ne dépassent pas à peu près 0,08 % de fer et/ou 0,07 % de silicium. Dans tous les cas, on peut tolérer des teneurs un peu plus élevées en ces deux impuretés, allant jusqu'à peu près 0,14 % de fer et/ou 0,12 % de silicium, bien que ce soit moins avantageux. On peut même tolérer dans certains cas, en particulier pour des plaques de moule ou des plaques d'usinage, des teneurs encore plus élevées en ces deux éléments, allant jusqu'à peu près 0,30 % de fer et/ou 0,25 % de silicium. Reducing the sensitivity of the material to hot cracking significantly improves its weldability. It is preferable to keep the levels of iron and silicon low, for example at values which do not exceed about 0.08% iron and / or 0.07% silicon. In all cases, slightly higher levels of these two impurities, up to about 0.14% iron and / or 0.12% silicon, may be tolerated, although this is less advantageous. In some cases, especially for mold plates or machining plates, even higher levels of these two elements, up to about 0.30% iron and / or 0.25 can be tolerated even more. % of silicon.
En augmentant les teneurs en zinc et en magnésium de l'alliage tout en maintenant faible sa teneur en cuivre, on peut parvenir à lui conférer une résistance mécanique très forte tout en lui conservant une tenacité supérieure ou égale à celle d'un alliage AA7055 de référence, ainsi qu'une aptitude au soudage satisfaisante qui, pense-t-on, résulte dans une grande mesure de la faible teneur en cuivre de l'alliage. L'alliage présente aussi une grande dureté après maturation artificielle, comme par exemple dans un état T6 ou T7 de traitement thermique, de même qu'une meilleure aptitude au soudage que l'alliage AA7075 de référence à l'état T6, ce qui, pense-t-on, résulte de la faible teneur en cuivre de l'alliage. Un matériau artificiellement mûri peut se trouver par exemple dans un état T6, T74, T76, T751, T7451, T7651, T77 ou T79 de traitement thermique. By increasing the zinc and magnesium content of the alloy while keeping its copper content low, it can be obtained to give it a very strong mechanical resistance while maintaining a tenacity greater than or equal to that of an alloy AA7055 of reference, as well as a satisfactory weldability which, it is believed, results to a great extent from the low copper content of the alloy. The alloy also has a high hardness after artificial maturation, such as in a T6 or T7 heat treatment state, as well as a better weldability than the reference AA7075 alloy in the T6 state, which it is thought, results from the low copper content of the alloy. An artificially matured material may for example be in a T6, T74, T76, T751, T7451, T7651, T77 or T79 heat treatment state.
Pour ajuster la structure de grain et la sensibilité à la trempe, on peut ajouter chacun des éléments formateurs de dispersoïdes que sont les zirconium, scandium, hafnium, vanadium, chrome et manganèse. Les quantités optimales de ces éléments formateurs de dispersoïdes dé- pendent du traitement mécanique ultérieur, mais quand on choisit une combinaison unique des principaux éléments d'alliage, zinc, cuivre et magnésium, dans la fenêtre préférée, et qu'on se sert de cette combinaison pour toutes les formes apparentées de produits, il est préférable que la proportion de zirconium soit inférieure à 0,13 %. To adjust the grain structure and the quenching sensitivity, each of the dispersoid-forming elements zirconium, scandium, hafnium, vanadium, chromium and manganese can be added. The optimum amounts of these dispersoid-forming elements depend on the subsequent mechanical treatment, but when a unique combination of the main alloying elements, zinc, copper and magnesium, is selected in the preferred window, and used in this manner, combination for all related forms of products, it is preferable that the proportion of zirconium be less than 0.13%.
La teneur maximale en zirconium, qui est un élément d'alliage que l'on préfère effectivement employer dans les produits en alliage de l'invention, vaut de préférence 0,15 %. Il est avantageux que l'alliage contienne de 0,04 à 0,15 % de zirconium. Il est encore plus avantageux de limiter la teneur de l'alliage en zirconium à un maximum de 0,13 %. The maximum zirconium content, which is an alloying element that is actually preferred for use in the alloy products of the invention, is preferably 0.15%. It is advantageous for the alloy to contain from 0.04 to 0.15% zirconium. It is even more advantageous to limit the content of the zirconium alloy to a maximum of 0.13%.
La teneur de l'alliage en scandium vaut de préférence au plus 0,50 %, mieux encore au plus 0,3 % et surtout au plus 0,18 %. Si le scandium est associé au zirconium, la teneur totale en scandium et zirconium doit être inférieure à 0,3 %, mieux encore inférieure à 0,2 %, et surtout valoir au plus 0,17%, en particulier quand le rapport entre zirconium et scandium vaut entre 0,7 et 1,4. The content of the scandium alloy is preferably at most 0.50%, more preferably at most 0.3% and especially at most 0.18%. If scandium is associated with zirconium, the total content of scandium and zirconium must be less than 0.3%, better still less than 0.2%, and especially be at most 0.17%, in particular when the ratio between zirconium and scandium is between 0.7 and 1.4.
Le chrome est un autre élément formateur de dispersoïdes qu'on peut ajouter, seul ou en association avec d'autres éléments formateurs de dispersoïdes. La teneur de l'alliage en chrome doit de préférence être inférieure à 0,3 %, et mieux encore valoir au plus 0,20 % et en particulier, au plus 0,15 %. Il est préférable que l'alliage contienne au moins 0,04 % de chrome. Le chrome seul peut ne pas être aussi efficace que le zirconium seul, au moins dans le cas des plaques d'usinage en alliage corroyé, mais en ce qui concerne la dureté, il peut donner des résultats similaires. Si le chrome est associé au zirconium, la teneur totale en chrome et zirconium doit valoir au plus 0,20 %, et mieux encore au plus 0,17 %. Chromium is another dispersoid-forming element that can be added alone or in combination with other dispersoid-forming elements. The chromium content of the alloy should preferably be less than 0.3%, and more preferably at most 0.20% and in particular at most 0.15%. It is preferred that the alloy contain at least 0.04% chromium. Chromium alone may not be as effective as zirconium alone, at least in the case of wrought alloy machining plates, but as far as hardness is concerned, it may give similar results. If chromium is associated with zirconium, the total content of chromium and zirconium must be at most 0.20%, and more preferably at most 0.17%.
Il est préférable que la somme des teneurs en zirconium, scandium et chrome vaille au plus 0,4 %, et mieux encore au plus 0,27 %. It is preferable that the sum of the zirconium, scandium and chromium contents is at most 0.4%, and more preferably at most 0.27%.
On peut ajouter du manganèse comme seul élément formateur de dispersoïdes, ou en association avec l'un des autres éléments formateurs de dispersoïdes. L'alliage contient au maximum 0,80 % de manganèse. Il convient que la teneur en manganèse vaille de 0,05 à 0,40 %, de préférence de 0,05 à 0,30 %, et mieux encore de 0,12 à 0,30 %. Il est préférable que l'alliage contienne au moins 0,12 % et mieux encore au moins 0,15 % de manganèse. Si le manganèse est associé au zirconium, la teneur totale en manganèse et zirconium doit valoir au plus 0,4 %, et mieux encore au plus 0,32%, mais au moins 0,12 %. Manganese can be added as the sole dispersoid-forming element, or in combination with one of the other dispersoid-forming elements. The alloy contains at most 0.80% manganese. The manganese content should be from 0.05 to 0.40%, preferably from 0.05 to 0.30%, and more preferably from 0.12 to 0.30%. It is preferred that the alloy contain at least 0.12% and more preferably at least 0.15% manganese. If manganese is combined with zirconium, the total content of manganese and zirconium must be at most 0.4%, and more preferably not more than 0.32%, but not less than 0.12%.
Dans un autre mode de réalisation du produit en alliage d'aluminium corroyé de l'invention, l'alliage est exempt de manganèse, ce qui signifie, en pratique, qu'il en contient moins de 0,02 %, et de préférence moins de 0,01 %, ou mieux encore qu'il en est pratiquement ou sensiblement exempt, ce qui signifie qu'on n'a effectué aucune addition délibérée de cet élément d'alliage à la composition de base et que ce n'est que du fait de la présence d'impuretés et/ou de phénomènes d'ex- traction par contact avec les équipements de fabrication que des traces de cet élément peuvent se retrouver dans le produit en alliage final. In another embodiment of the wrought aluminum alloy product of the invention, the alloy is manganese-free, which means in practice that it contains less than 0.02%, and preferably less of 0.01%, or better still that it is substantially or substantially free, which means that no deliberate addition of this alloying element to the base composition has been made and that it is only due to the presence of impurities and / or extraction phenomena by contact with the manufacturing equipment that traces of this element can be found in the final alloy product.
Dans un mode préféré de réalisation du produit en alliage d'aluminium corroyé de l'invention, on n'effectue aucune addition délibérée de vanadium dans la composition d'alliage, de sorte que s'il y en a, ce n'est qu'en tant qu'impureté, en une proportion inférieure à 0,05 %. In a preferred embodiment of the wrought aluminum alloy product of the invention, there is no deliberate addition of vanadium in the alloy composition, so that if there is, it is only 'as an impurity, in a proportion of less than 0,05%.
La teneur en cuivre exerce une influence considérable sur la sensibilité de l'alliage à la fissuration à chaud, et par conséquent sur son aptitude au soudage. On a constaté que l'aptitude d'un alliage d'aluminium au soudage est encore meilleure quand il contient au plus 0,28 % de cuivre, ou mieux encore, moins de 0,25 % de cuivre, et que son aptitude au soudage devient excellente quand il contient moins de 0,25 % de cuivre, ou même moins de 0,20 % de cuivre. Mais il est préférable que l'alliage contienne au moins 0,03 % de cuivre, et mieux encore, au moins 0,08 % de cuivre. Quand le produit en alliage de cette invention sert de plaque d'usinage, les caractéristiques d'aptitude au soudage prennent une importance particulière au cours d'opérations de réparation de la plaque d'usinage. The copper content has a considerable influence on the sensitivity of the alloy to hot cracking, and consequently on its weldability. It has been found that the ability of an aluminum alloy to weld is even better when it contains at most 0.28% copper, or better yet, less than 0.25% copper, and its weldability. becomes excellent when it contains less than 0.25% copper, or even less than 0.20% copper. But it is preferred that the alloy contain at least 0.03% copper, and more preferably, at least 0.08% copper. When the alloy product of this invention serves as the machining plate, the weldability characteristics take on particular importance during machining plate repair operations.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la teneur en zinc de l'alliage vaut de 7,5 à 14,0 %. Il est préférable que la teneur en zinc se situe dans un intervalle dont la limite inférieure vaut 8,5 %, 9,0 % ou 9,5 % et dont la limite supérieure vaut 12,0 %, 11,0 % ou 10,0 %. Il est par exemple préférable que la teneur en zinc vaille de 8,5 à 11,0 %, et mieux encore de 8,5 à 10,0 %, en particulier pour des pièces destinées à l'industrie aéronautique. Mais quand l'alliage est destiné à la fabrication de plaques d'usinage, la limite supérieure de sa teneur en zinc vaut 14,0 %, de préférence 12,0 % et mieux encore 11,0 %. In one embodiment of the invention, the zinc content of the alloy is 7.5 to 14.0%. It is preferable that the zinc content is within an interval with a lower limit of 8.5%, 9.0% or 9.5% and an upper limit of 12.0%, 11.0% or 10%, 0%. For example, it is preferred that the zinc content be from 8.5 to 11.0%, and more preferably from 8.5 to 10.0%, especially for parts for the aerospace industry. But when the alloy is intended for the manufacture of machining plates, the upper limit of its zinc content is 14.0%, preferably 12.0% and more preferably 11.0%.
En limitant la teneur en zinc de l'alliage à une valeur maximale de 12,0 %, 11,0 % ou même 10,0 %, on maintient à un niveau élevé la résistance à la corrosion, en particulier à la corrosion exfoliante, ce qui prend une importance particulière dans le cas où les produits en alliage de cette invention sont destinés à des applications aéronautiques. By limiting the zinc content of the alloy to a maximum value of 12.0%, 11.0% or even 10.0%, the corrosion resistance, in particular the exfoliation corrosion, is maintained at a high level. which is of particular importance in the case where the alloy products of this invention are intended for aeronautical applications.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'alliage contient de 1,0 à 5, 0 % de magnésium, ou de 2,5 à 5,0 % de magnésium. Il est préférable qu'il en contienne au plus 4,5 %, et mieux encore, au plus 4,0 % quand le produit en alliage de l'invention sert de plaque d'usinage. In one embodiment of the invention, the alloy contains 1.0 to 5.0% magnesium, or 2.5 to 5.0% magnesium. It is preferred that it contain at most 4.5%, and more preferably at most 4.0% when the alloy product of the invention serves as a machining plate.
L'ajout de magnésium a pour résultat une nette augmentation de la résistance mécanique de l'alliage. Mais il faut limiter la teneur en magnésium de l'alliage à une valeur maximale de 5,0 %, pour éviter la formation de précipités gênants de magnésium, tels Mg5Al3 ou Mg5Al8, qui peuvent engendrer une sensibilité indésirable à la corrosion intergranulaire et à la fissuration par corrosion sous contrainte. The addition of magnesium results in a marked increase in the mechanical strength of the alloy. But it is necessary to limit the magnesium content of the alloy to a maximum value of 5.0%, to avoid the formation of annoying magnesium precipitates, such as Mg5Al3 or Mg5Al8, which can cause an undesirable sensitivity to intergranular corrosion and stress corrosion cracking.
Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, la quantité de magnésium contenue dans l'alliage est celle que donne la relation Mg >. 6,6 0,45 x Zn, ou de préférence Mg 10 0,79 x Zn. In a particular embodiment of the invention, the amount of magnesium contained in the alloy is that given by the Mg 2 ratio. 6.6 0.45 x Zn, or preferably Mg 0.79 x Zn.
Le magnésium et le zinc forment des précipités de MgZn2, qui ont une énorme influence sur les propriétés de résistance mécanique et de dureté de l'alliage final, après trempe et maturation. Si la teneur en magnésium est effectivement supérieure à l'une des limites données par les relations indiquées ci-dessus, l'excès de magnésium contribue au renforcement de l'alliage. Magnesium and zinc form precipitates of MgZn2, which have a tremendous influence on the mechanical strength and hardness properties of the final alloy, after quenching and maturation. If the magnesium content is indeed greater than one of the limits given by the relationships indicated above, the excess of magnesium contributes to the strengthening of the alloy.
La présente invention concerne une composition d'alliage qui, mise sous forme de divers produits tels que, entre autres, tôles, plaques, plaques épaisses, etc..., présente bien les propriétés de matériau voulues ou va au-delà. L'équilibre des propriétés d'un tel produit est bien meilleur que celui d'un produit en l'un des alliages actuellement utilisés dans l'industrie. The present invention relates to an alloy composition which, in the form of various products such as, inter alia, sheets, plates, thick plates, etc ..., has the desired properties of material or goes beyond. The balance of properties of such a product is much better than that of a product in any of the alloys currently used in the industry.
De préférence, on traite un produit en alliage de cette invention pour lui donner une épaisseur relativement grande, de plus de 25,4 mm (1 pouce) jusqu'environ 279,4 mm (11 pouces) ou plus, ce qui permet de doter de caractéristiques améliorées des composants de structure d'avions tels que des pièces entières usinées à partir de plaques, ou pour en faire un longeron entier utilisable dans la structure d'une aile d'avion, ou une nervure utilisable dans la structure d'une aile d'avion, ou encore une plaque supérieure d'aile. On peut aussi utiliser les pro- duits relativement épais comme plaques d'usinage ou comme plaques de moule, par exemple dans des moules servant à fabriquer des produits façonnés en matières plastiques par moulage sous pression, moulage par injection ou d'autres procédés comparables. Pour ce qui est des valeurs d'épaisseur indiquées ci-dessus, il est évident, pour un spécialiste en la matière, qu'il s'agit de l'épaisseur mesurée au niveau de l'endroit où la section transversale est la plus large dans le produit en alliage fabriqué à partir d'une telle plaque mince ou épaisse. Les produits en alliage de cette invention peuvent aussi être mis, par extrusion simple ou extrusion pas à pas, ou encore par forgeage, sous forme de longerons utili- sables dans la structure d'une aile d'avion. Preferably, an alloy product of this invention is treated to a relatively large thickness, from more than 25.4 mm (1 inch) to about 279.4 mm (11 inches) or more, thereby providing improved features of aircraft structural components such as whole parts machined from plates, or to make an entire spar usable in the structure of an aircraft wing, or a rib usable in the structure of a airplane wing, or a wing upper plate. The relatively thick products can also be used as machining plates or as mold plates, for example in molds for producing shaped plastic products by pressure molding, injection molding or other comparable processes. With respect to the thickness values indicated above, it is evident to one skilled in the art that it is the thickness measured at the point where the cross-section is widest. in the alloy product made from such a thin or thick plate. The alloy products of this invention can also be made by simple extrusion or stepwise extrusion, or by forging, in the form of longitudinal members usable in the structure of an aircraft wing.
Quand les produits en alliage de cette invention sont extrudés, il est préférable qu'ils le soient en profilés dont l'épaisseur, à l'endroit où leur section transversale est la plus large, vaut jusqu'à 10 mm, et de préférence de 1 à 7 mm. Mais on peut aussi employer un produit d'extrusion en alliage de l'invention à la place d'une plaque épaisse dont on fait d'habitude, par usinage à grande vitesse ou laminage, une pièce de structure façonnée. Dans ce dernier mode de réalisation, l'épaisseur du produit d'extrusion en alliage, à l'endroit où sa section transversale est la plus large, vaut de préférence de 50,8 à 152,4 mm (2 à 6 pouces). When the alloy products of this invention are extruded, it is preferable that they be made of profiles whose thickness, where their widest cross-section is, is up to 10 mm, and preferably 1 to 7 mm. But it is also possible to use an alloy extrusion product of the invention in place of a thick plate which is usually made by machining at high speed or rolling, a piece of shaped structure. In this latter embodiment, the thickness of the alloy extrusion product where it has the widest cross-section is preferably 50.8 to 152.4 mm (2 to 6 inches).
Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, le pro-duit en alliage est une plaque dotée d'une grande résistance mécanique et d'une grande tenacité, destinée à des applications aéronautiques tel-les que la fabrication de plaques supérieures d'aile d'avion, et dont la teneur en magnésium est liée à la teneur en zinc conformément à la re- lation Mg 6, 6 0,45 x Zn. In a particular embodiment of the invention, the alloy product is a plate with a high mechanical strength and a high tenacity, intended for aeronautical applications such as the manufacture of upper plates of aircraft wing, and whose magnesium content is related to the zinc content according to the Mg 6.65 0.45 x Zn ratio.
On a trouvé que, si la teneur en magnésium est effectivement supérieure ou égale à la valeur limite donnée par la relation indiquée ci-dessus entre les teneurs en magnésium et en zinc, on parvient à une combinaison particulièrement avantageuse des propriétés mécaniques, de tenacité et de résistance à la corrosion, combinaison intéressante, en particulier, pour les plaques et produits d'extrusion à haute résistance mécanique et grande tenacité, destinés à l'industrie aéronautique. It has been found that, if the magnesium content is indeed greater than or equal to the limit value given by the relationship indicated above between the magnesium and zinc contents, a particularly advantageous combination of mechanical properties, toughness and corrosion resistance, an interesting combination, in particular, for plates and extrusion products with high mechanical strength and high tenacity, intended for the aeronautical industry.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le produit en alliage d'aluminium est une plaque d'usinage à haute résistance mécanique, qui présente de préférence, après maturation artificielle, une dureté de plus de 185 HB et mieux encore de plus de 190 HB, et la teneur en magnésium du produit en alliage est de préférence liée à sa teneur en zinc selon la relation Mg 6,6 0,45 x Zn, ou mieux encore selon la relation Mg 10 0, 79 x Zn. Il est à noter que toutes les va-leurs de dureté indiquées dans le présent mémoire sont des valeurs de dureté Brinell, mesurées selon la norme ASTM E10 (version de 2002) et au niveau du milieu de la section transversale dans la direction de l'épaisseur. In another embodiment of the invention, the aluminum alloy product is a high strength machining plate, which preferably has, after artificial maturation, a hardness of more than 185 HB and more preferably more of 190 HB, and the magnesium content of the alloy product is preferably related to its zinc content in the ratio Mg 6.6 0.45 x Zn, or better still according to the Mg 10 0, 79 x Zn. It should be noted that all hardness values herein are Brinell hardness values, measured according to ASTM E10 (2002 version) and at the center of the cross section in the direction of the thickness.
On a trouvé que, si la teneur en magnésium est effectivement supérieure ou égale aux valeurs limites données par les relations indiquées ci- dessus entre les teneurs en magnésium et en zinc, on parvient à une combinaison particulièrement avantageuse des propriétés mécaniques et des caractéristiques de dureté, d'aptitude au soudage et de ré-sistance à la corrosion, combinaison intéressante, en particulier, pour des plaques d'usinage à haute résistance mécanique. It has been found that if the magnesium content is indeed greater than or equal to the limit values given by the above-mentioned ratios of magnesium and zinc contents, a particularly advantageous combination of mechanical properties and hardness characteristics is achieved. , weldability and corrosion resistance, interesting combination, in particular, for machining plates with high mechanical strength.
Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, le produit en alliage d'aluminium corroyé est une plaque d'usinage dans un état T6 ou T7 de traitement thermique, dont la composition est essentielle- ment la suivante: 7,5 à 14,0 %, de préférence 7,5 à 12,0 %, et mieux encore 8,5 à 11,0 % ou 9,5 à 12,0 % de zinc, 1,0 à 5,0 %, de préférence 2,0 à 4,0 ou 4, 5 % ou 2,5 à 4,5 %, et mieux encore 2,5 à 3,5 % de magnésium, la teneur en magnésium du produit en alliage étant de préférence liée à sa teneur en zinc selon la relation Mg 6,6 0,45 x Zn, ou mieux encore selon la relation Mg10 0,79 x Zn, 0,03 à 0,25 % et de préférence 0,03 à 0,20 % de cuivre, 0,04 à 0,15 % de zirconium, avec en option au plus 0,20 % de chrome, moins de 0,10 % de titane, moins de 0,30 % et de préférence moins de 0,14 % de fer, et moins de 0,25 % et de préférence moins de 0,12 % de silicium, des éléments et impuretés accidentellement présents, chacun en une proportion inférieure à 0,05 %, pour une proportion totale inférieure à 0,15 %, et le complément à 100 % d'aluminium. In a preferred embodiment of the invention, the wrought aluminum alloy product is a machining plate in a T6 or T7 heat treatment state, the composition of which is essentially as follows: 7.5 to 14 , 0%, preferably 7.5 to 12.0%, and more preferably 8.5 to 11.0% or 9.5 to 12.0% zinc, 1.0 to 5.0%, preferably , 0 to 4.0 or 4.5% or 2.5 to 4.5%, and more preferably 2.5 to 3.5% magnesium, the magnesium content of the alloy product being preferably related to its content zinc in the ratio Mg 6.6 0.45 x Zn, or more preferably in the ratio Mg10 0.79 x Zn, 0.03 to 0.25% and preferably 0.03 to 0.20% copper, 0.04 to 0.15% zirconium, with optionally at most 0.20% chromium, less than 0.10% titanium, less than 0.30% and preferably less than 0.14% iron, and less than 0.25% and preferably less than 0.12% silicon, elements and impurities accidentally present, each in a lower proportion re at 0.05%, for a total proportion of less than 0.15%, and the complement at 100% aluminum.
Dans un autre mode de réalisation, ladite plaque d'usinage con-tient en outre 0,05 à 0,40 % de manganèse. In another embodiment, said machining plate further contains 0.05 to 0.40% manganese.
Dans un autre mode préféré de réalisation de l'invention, le pro-duit en alliage d'aluminium corroyé est une plaque d'usinage dans un état T6 ou T7 de traitement thermique, dont la composition est essen-tiellement la suivante: 7,5 à 14,0 %, de préférence 7,5 à 12,0 %, et mieux encore 8,5 à 10,0 ou 11,0 % ou 9,5 à 12,0 % de zinc, 1,0 à 5,0 %, de préférence 2,0 à ou 4,5 % ou 2,5 à 4,5 %, et mieux encore 2,5 à 3,5 % de magnésium, la teneur en magnésium du pro- duit en alliage étant de préférence liée à sa teneur en zinc selon la relation Mg > 6,6 0,45 x Zn, ou mieux encore selon la relation Mg ? 10 0,79 x Zn, 0,03 à 0,25 % et de préférence 0, 03 à 0,20 % de cuivre, 0,04 à 0,20 % de chrome, au plus 0,15 % de zirconium, moins de 0,10 % de titane, moins de 0,30 %, de préférence moins de 0,14 % et encore plus préférentiellement moins de 0,08 % de fer, et moins de 0,25 %, de préférence moins de 0,12 % et encore plus préférentiellement moins de 0,07 % de silicium, des éléments et impuretés accidentellement présents, chacun en une proportion inférieure à 0,05 %, pour une proportion totale inférieure à 0,15 %, et le complément à 100 % d'aluminium. In another preferred embodiment of the invention, the wrought aluminum alloy product is a machining plate in a heat treatment state T6 or T7, the composition of which is essentially the following: 5 to 14.0%, preferably 7.5 to 12.0%, and more preferably 8.5 to 10.0 or 11.0% or 9.5 to 12.0% zinc, 1.0 to 5% , 0%, preferably 2.0 to 4.5% or 2.5 to 4.5%, and more preferably 2.5 to 3.5% magnesium, the magnesium content of the alloy product being preferably linked to its zinc content according to the ratio Mg> 6.6 0.65 x Zn, or better still according to the Mg? 0.79 x Zn, 0.03 to 0.25% and preferably 0.03 to 0.20% copper, 0.04 to 0.20% chromium, at most 0.15% zirconium, less of 0.10% titanium, less than 0.30%, preferably less than 0.14% and even more preferably less than 0.08% iron, and less than 0.25%, preferably less than 0, 12% and even more preferably less than 0.07% of silicon, elements and impurities accidentally present, each in a proportion of less than 0.05%, for a total proportion of less than 0.15%, and the complement at 100% aluminum.
Dans encore un autre mode préféré de réalisation de l'invention, le produit en alliage d'aluminium corroyé est un produit pour applica- tion aéronautique, choisi parmi les tôles, plaques et produits d'extrusion, ou une pièce de structure d'avion fabriquée à partir d'une telle tôle ou plaque ou d'un tel produit d'extrusion, dans un état T6 ou T7 de traitement thermique, dont la composition est essentiellement la suivante: 7,5 à 11,0 % de zinc, 1,0 à 5,0 % de magnésium, la teneur en magnésium du produit en alliage étant liée à sa teneur en zinc selon la relation Mg 6,6 0,45 x Zn, et de préférence selon la relation Mg10 0, 79 x Zn, 0,03 à 0,25 % de cuivre, 0,04 à 0,15 % de zirconium, moins de 0, 10 % de titane, moins de 0,14 % et de préférence moins de 0,08 % de fer, et moins de 0,12 % et de préférence moins de 0,07 % de silicium, des éléments et impuretés accidentellement présents, chacun en une proportion inférieure à 0,05 %, pour une proportion totale inférieure à 0,15 %, et le complément à 100 % d'aluminium. In yet another preferred embodiment of the invention, the wrought aluminum alloy product is a product for aeronautical application, selected from sheets, plates and extrusions, or a piece of aircraft structure. manufactured from such a sheet or plate or extrusion product, in a T6 or T7 heat treatment state, the composition of which is essentially as follows: 7.5 to 11.0% of zinc, 1 0 to 5.0% magnesium, the magnesium content of the alloy product being related to its zinc content according to the Mg 6.6 0.45 x Zn, and preferably according to the Mg10 0, 79 x Zn 0.03 to 0.25% copper, 0.04 to 0.15% zirconium, less than 0.1% titanium, less than 0.14% and preferably less than 0.08% iron, and less than 0.12% and preferably less than 0.07% of silicon, elements and impurities accidentally present, each in a proportion of less than 0.05%, for a total proportion e less than 0.15%, and the complement to 100% aluminum.
Dans un mode davantage préféré de réalisation, le produit des- tiné à l'industrie aéronautique contient 2,0 à 4,5 % de magnésium, et sa teneur en magnésium est en outre liée à sa teneur en zinc selon la re- lation Mg 10 0,79 x Zn. Dans un autre mode de réalisation, le pro-duit destiné à l'industrie aéronautique contient 7,5 à 11,0 % et de préférence 8,5 à 10, 0 % de zinc, ainsi que 2,5 à 4,5 % de magnésium. In a more preferred embodiment, the aeronautical industry product contains 2.0 to 4.5% magnesium, and its magnesium content is further related to its zinc content according to the Mg ratio. 0.79 x Zn. In another embodiment, the product intended for the aircraft industry contains 7.5 to 11.0% and preferably 8.5 to 10.0% zinc, as well as 2.5 to 4.5% magnesium.
Dans encore un autre mode de réalisation, le produit destiné à l'industrie aéronautique contient 0,05 à 0,40 % et de préférence 0,05 à 0, 30 % de manganèse. In yet another embodiment, the product for use in the aeronautical industry contains 0.05 to 0.40% and preferably 0.05 to 0.30% manganese.
Cette invention a également pour objet un composant soudé qui comprend au moins une première partie de composant, qui est un pro- duit de l'invention, et au moins une deuxième partie de composant, ces parties étant soudées ensemble pour former le composant soudé, qui est de préférence une pièce soudée de structure d'avion. Il est davantage préférable que la première et la deuxième parties de composant soient chacune un produit de l'invention. Il est encore davantage préfé- rable que pratiquement toutes les parties de composant, ou même vrai-ment toutes les parties de composant, qui forment le composant soudé ou la pièce soudée de structure d'avion soient chacune un produit de l'invention. On profite ainsi de la bonne aptitude au soudage et des autres propriétés avantageuses des produits de l'invention pour obtenir un composant soudé ou une pièce soudée de structure d'avion qui pré-sente d'excellentes caractéristiques de résistance mécanique et de résistance à la corrosion et qui se prêtent très bien au soudage. Another subject of the invention is a welded component which comprises at least a first component part, which is a product of the invention, and at least a second component part, these parts being welded together to form the welded component, which is preferably a welded piece of aircraft structure. It is more preferable that the first and second component parts each be a product of the invention. It is even more preferable that substantially all component parts, or indeed all component parts, which form the welded component or the aircraft structure welded part are each a product of the invention. In this way, good weldability and other advantageous properties of the products of the invention are used to obtain a welded component or a welded part of an aircraft structure which exhibits excellent characteristics of mechanical strength and resistance to corrosion. corrosion and which are very suitable for welding.
Selon un autre de ses aspects, la présente invention concerne un procédé de production d'un produit en alliage d'aluminum corroyé de la série A7000 du type décrit dans ce qui précède et dans les exemples, lequel procédé comporte les étapes de traitement suivantes: a) couler un lingot présentant la composition indiquée dans ce qui précède; b) homogénéiser et/ou pré-chauffer le lingot après coulée; c) travailler à chaud le lingot, pour en faire un produit de premier travail, selon l'un ou plusieurs des procédés de laminage, extrusion et forgeage; d) en option, chauffer à nouveau le produit de premier travail; e) travailler, à chaud et/ou à froid, le produit de premier travail pour en faire une pièce travaillée façonnée en la forme voulue; f) soumettre la pièce travaillée façonnée à un traitement thermique de mise en solution (TTMS), à une température et pendant un laps de temps suffisants pour faire passer en solution solide pratique- ment tous les constituants solubles présents dans l'alliage; g) après ce traitement thermique de mise en solution, tremper la pièce travaillée qui l'a subi, de préférence par pulvérisation ou par immersion dans de l'eau, de l'huile ou un autre milieu de trempe; h) en option, soumettre la pièce travaillée trempée à un étirage, une compression ou une autre opération à froid de relaxation des contraintes, par exemple un planage pour des produits de type tôle; i) et faire mûrir artificiellement la piéce travaillée trempée, éventuellement étirée ou compressée, pour l'amener dans l'état de traitement thermique voulu, en particulier dans un état de traitement thermique de type T6 ou T7, comme les états choisis dans l'ensemble comprenant les états T6, T74, T76, T751,T7451, T651, T77 et T79; et dans lequel procédé le traitement d'homogénéisation comporte un premier stade d'homogénéisation, et en option, un deuxième stade d'homogénéisation. Dans le premier stade d'homogénéisation, la température et la durée sont choisies, dans le cas d'un lingot ou d'une brame, de telle sorte qu'un point froid, défini comme étant le point le plus froid au sein du lingot ou de la brame, se trouve à une température de disso- lution pendant au moins le laps de temps de dissolution, qui est le laps de temps nécessaire pour que pratiquement tous les précipités de phase M se dissolvent. According to another of its aspects, the present invention relates to a method for producing a wrought aluminum alloy product of the A7000 series of the type described in the foregoing and in the examples, which method comprises the following processing steps: a) casting an ingot having the composition indicated in the foregoing; b) homogenizing and / or preheating the ingot after casting; c) hot working the ingot, to make it a first-job product, according to one or more of the methods of rolling, extruding and forging; d) optionally, reheat the first job product; e) working, hot and / or cold, the product of first work to make a work piece shaped into the desired shape; f) subjecting the formed workpiece to a solution heat treatment (TTMS) at a temperature and for a period of time sufficient to pass substantially all of the soluble components present in the alloy into solid solution; g) after this solution heat treatment, quench the workpiece which has undergone, preferably by spraying or immersion in water, oil or other quenching medium; h) optionally, subjecting the quenched workpiece to stretching, compression or other cold stress relieving operation, such as planing for sheet-like products; i) and artificially ripening the quenched worked piece, possibly stretched or compressed, to bring it into the desired heat treatment state, in particular in a T6 or T7 type heat treatment state, such as the conditions selected in set comprising the states T6, T74, T76, T751, T7451, T651, T77 and T79; and wherein the homogenization process comprises a first homogenization step, and optionally, a second homogenization step. In the first stage of homogenization, the temperature and the duration are chosen, in the case of an ingot or a slab, so that a cold point, defined as being the coldest point within the ingot or slab, is at a dissolving temperature for at least the dissolution time, which is the time required for substantially all the M phase precipitates to dissolve.
En option, le traitement d'homogénéisation comporte également au moins un deuxième stade d'homogénéisation, consécutif au premier stade d'homogénéisation. Il est à noter que la température de dissolution est atteinte plus tôt à la périphérie du lingot ou de la pièce coulée, et que la température au point froid augmente lentement jusqu'à la température de dissolution, qu'on appelle d'habitude dans la pratique "température d'homogénéisation". Optionally, the homogenization treatment also comprises at least a second homogenization stage, subsequent to the first homogenization stage. It should be noted that the dissolution temperature is reached earlier at the periphery of the ingot or the casting, and that the temperature at the cold point slowly increases to the dissolution temperature, which is usually called in the practical "homogenization temperature".
C'est de façon classique, par fusion, qu'on prépare les produits en alliage de la présente invention, dont on peut faire des lingots par coulée semi-continue ou d'autres techniques de coulée appropriées. Le travail à chaud de ces produits en alliage peut être exécuté selon l'un ou plusieurs des procédés de laminage, d'extrusion et de forgeage. Pour un produit en alliage de l'invention, c'est le laminage à chaud que l'on préfère. Le traitement thermique de mise en solution est typiquement effectué dans la même gamme de températures que celle du traitement d'homogénéisation, mais avec une durée de maintien qu'on peut choisir un peu plus courte. Conventionally, by melting, the alloy products of the present invention are prepared, which can be made by semi-continuous casting ingots or other suitable casting techniques. Hot working of these alloy products can be performed in one or more of the rolling, extruding and forging processes. For an alloy product of the invention, it is hot rolling that is preferred. The solution heat treatment is typically performed in the same temperature range as that of the homogenization process, but with a hold time that can be chosen a little shorter.
Dans un mode de réalisation de l'invention, on propose un pro-cédé dans lequel la durée du premier stade d'homogénéisation, dans le cas d'une brame ou d'un lingot, est choisie de telle sorte que le point froid se trouve à une température de dissolution pendant au moins le laps de temps de dissolution, qui est le laps de temps nécessaire pour que les précipités de phase M se dissolvent. Ce laps de temps de dis-solution dure de préférence au plus 2 heures, en particulier 1 heure, et mieux encore le moins longtemps possible, par exemple 30 ou 20 minutes ou même moins. La température de dissolution vaut de préférence à peu près 470 C. In one embodiment of the invention, there is provided a process in which the duration of the first homogenization stage, in the case of a slab or ingot, is chosen such that the cold point is is at a dissolution temperature for at least the dissolution time, which is the amount of time required for the M-phase precipitates to dissolve. This dis-solution time lasts preferably at most 2 hours, in particular 1 hour, and even better for the shortest possible time, for example 30 or 20 minutes or even less. The dissolution temperature is preferably about 470 C.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on propose un procédé dans lequel la durée du premier stade d'homogénéisation, dans le cas d'une brame ou d'un lingot, vaut au plus 24 heures et de préférence au plus 12 heures, et la température d'homogénéisation vaut de pré- férence 470 C. In another embodiment of the invention, there is provided a method in which the duration of the first homogenization stage, in the case of a slab or ingot, is at most 24 hours and preferably at most 12 hours. hours, and the homogenization temperature is preferably 470.degree.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on propose un procédé dans lequel, pour une brame ou un lingot contenant au plus 0,28 % de cuivre, et mieux encore au plus 0,20 % de cuivre, le premier stade d'homogénéisation dure au plus 12 heures à 470 C, et il n'y a pas de deuxième stade d'homogénéisation. In another embodiment of the invention, there is provided a method in which, for a slab or ingot containing at most 0.28% copper, and more preferably at most 0.20% copper, the first stage Homogenization lasts no more than 12 hours at 470 C, and there is no second stage of homogenization.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on propose un procédé dans lequel, pour une brame ou un lingot contenant plus de 0,20 % de cuivre et de préférence plus de 0,25 % de cuivre, mais de toute manière au plus 0,28 % de cuivre, l'étape d'homogénéisation corn- porte un premier stade d'homogénéisation, qui dure au plus 24 heures et de préférence au plus 12 heures à 470 C, et un deuxième stade d'homogénéisation, qui dure au plus 24 heures et de préférence au plus 12 heures à 475 C. In another embodiment of the invention, there is provided a method in which, for a slab or ingot containing more than 0.20% copper and preferably more than 0.25% copper, but in any case to plus 0.28% copper, the homogenization step has a first homogenization stage, which lasts no more than 24 hours and preferably no more than 12 hours at 470 C, and a second homogenization stage, which lasts at most 24 hours and preferably at most 12 hours at 475 C.
En opérant selon le procédé de l'invention, on obtient un produit qui présente une sensibilité réduite à la fissuration à chaud et des caractéristiques améliorées de résistance mécanique et de tenacité, ainsi que, après maturation artificielle, une dureté supérieure à 180 HB. Pour un produit en alliage contenant de préférence au plus 0,25 % ou même au plus 0,20 % de cuivre, un traitement d'homogénéisation à 470 C durant au plus 24 heures, et de préférence au plus 12 heures, suffit pour provoquer la dissolution de tous les précipités de phase M et donne, après traitement thermique de mise en solution, trempe, étirage éventuel et maturation, un produit qui présente les caractéristiques voulues. En choisissant pour le traitement d'homogénéisation la durée la plus courte possible et la température la plus basse possible en fonction de la teneur en cuivre de l'alliage, on peut mettre le procédé en oeuvre de façon très économique tout en conservant au produit d'excellentes caractéristiques et en le dotant d'une excellente aptitude au soudage. Il est même possi- ble de mettre ce procédé en oeuvre de manière encore plus économique en effectuant le traitement de maturation en une seule étape. On obtient ainsi un produit qui présente une sensibilité réduite à la fissuration à chaud, ainsi qu'une résistance mécanique améliorée, et qui, dans un état T6 de traitement thermique, possède une dureté supérieure à 180 HB, ce qui en fait un produit excellent pour les applications en tant que plaque d'usinage à haute résistance mécanique. Par un traitement de maturation en deux étapes, on obtient un produit qui présente une combinaison avantageuse de propriétés améliorées, à savoir caractéristiques mécaniques, dureté dans un état de maturation artificielle, tena- cité et résistance à la corrosion, ce qui en fait un produit excellent pour des applications aéronautiques en tant que plaque soudable à haute résistance mécanique et haute tenacité. On a constaté que le produit, après un traitement de maturation en un seul stade ou en deux stades, présente une meilleure résistance à la corrosion, en particulier à la cor- rosion intergranulaire et à la corrosion exfoliante. By operating according to the process of the invention, a product is obtained which exhibits a reduced sensitivity to hot cracking and improved characteristics of mechanical strength and toughness, and, after artificial maturation, a hardness greater than 180 HB. For an alloy product containing preferably at most 0.25% or even at most 0.20% copper, a homogenization treatment at 470 C for not more than 24 hours, and preferably not more than 12 hours, is sufficient to cause the dissolution of all the precipitates of phase M and gives, after solution heat treatment, quenching, possible stretching and maturing, a product which has the desired characteristics. By choosing for the homogenization treatment the shortest possible time and the lowest possible temperature depending on the copper content of the alloy, the process can be implemented very economically while retaining the product of excellent characteristics and giving it excellent weldability. It is even possible to implement this process even more economically by carrying out the maturation treatment in a single step. This gives a product which has a reduced sensitivity to hot cracking, as well as improved mechanical strength, and which, in a T6 heat treatment state, has a hardness greater than 180 HB, which makes it an excellent product. for applications as a high-strength machining plate. By a two-stage ripening treatment, a product is obtained which has an advantageous combination of improved properties, namely mechanical characteristics, hardness in a state of artificial maturation, tenacity and resistance to corrosion, making it a product excellent for aeronautical applications as weldable plate with high mechanical strength and high tenacity. It has been found that the product, after a single-stage or two-stage ripening treatment, has a better corrosion resistance, in particular intergranular corrosion and exfoliating corrosion.
On a constaté que les précipités de phase M se dissolvent rapidement dans le cas des alliages de cette invention, contenant au plus 0,28 % de cuivre, et encore plus rapidement pour des alliages contenant encore moins de cuivre, soit au plus 0,25 % ou 0,20 %, de sorte qu'on peut mettre le procédé en oeuvre de manière encore plus économique en choisissant la durée du premier stade d'homogénéisation de telle sorte qu'un point froid, défini comme étant le point le plus froid au sein d'un lingot ou d'une brame, se trouve à la température d'homogénéisation, par exemple 470 C, pendant au moins le laps de temps de dissolution, qui est le temps que les précipités de phase M mettent à se dissoudre et qui dure de préférence au plus 2 heures, en particulier 1 heure, et mieux encore le moins longtemps possible. Dans le cas idéal, on met fin au traitement d'homogénéisation quand tous les précipités de phase M se sont dissous, après quoi l'on peut envoyer la brame ou le lingot vers un laminoir en vue d'un laminage à chaud, qu'on effectuera une fois que la brame ou le lingot aura atteint la température de laminage, après qu'elle ou il aura subi, en option, un traitement de réchauffage qui portera la brame ou le lingot à la température de laminage. M phase precipitates have been found to dissolve rapidly in the case of the alloys of this invention, containing at most 0.28% copper, and even faster for alloys containing even less copper, at most 0.25%. % or 0.20%, so that the process can be implemented even more economically by choosing the duration of the first stage of homogenization so that a cold point, defined as being the coldest point in an ingot or slab, is at the homogenization temperature, for example 470 C, for at least the lapse of time of dissolution, which is the time that the precipitates of phase M dissolve and which preferably lasts at most 2 hours, especially 1 hour, and even better as short as possible. In the ideal case, the homogenization treatment is terminated when all the M phase precipitates have dissolved, after which the slab or ingot can be sent to a rolling mill for hot rolling, which Once the slab or ingot has reached the rolling temperature, it will be carried out after it has undergone, optionally, a reheating treatment which will bring the slab or ingot to the rolling temperature.
Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, on se sert de moyens de régulation, tel un modèle de calcul à base physique ou mathématique qui calcule l'évolution de la température au sein de la pièce coulée ou du lingot pendant le traitement d'homogénéisation, afin de réguler le traitement d'homogénéisation de manière à déterminer la durée optimale du laps de temps que la brame ou le lingot doit passer à la température d'homogénéisation, pour que le point froid de la brame ou du lingot se trouve à la température de dissolution, par exemple à peu près 470 C, pendant au moins le temps de dissolution, c'est-à-dire le temps que mettent à se dissoudre les précipités de phase M. Pour un spécialiste en la matière, il est clair que les durées et les températures de recuit peuvent varier dans une certaine mesure, en vertu du concept de temps équivalent défini dans le paragraphe [0028] du document EP-0 876 514-B1, quoique la température minimale de recuit doive bien sûr être suffisamment élevée pour que les précipités puissent se dissou- dre. Il peut aussi être important d'éviter que certains autres précipités se dissolvent, de sorte que le choix de la température de recuit est limité par une valeur maximale et une valeur minimale de la température d'homogénéisation. In a particular embodiment of the invention, regulating means are used, such as a physical or mathematical calculation model that calculates the evolution of the temperature within the casting or the ingot during processing. homogenization, in order to regulate the homogenization treatment so as to determine the optimum duration of the time that the slab or ingot must pass to the homogenization temperature, so that the cold point of the slab or ingot is at the dissolution temperature, for example approximately 470 ° C., for at least the dissolution time, ie the time which the precipitates of phase M dissolve. For a specialist in the field, he It is clear that the annealing times and temperatures may vary to some extent, by virtue of the concept of equivalent time defined in [0028] of EP-0 876 514-B1, although the minimum temperature of The annealing must, of course, be so high that the precipitates can dissolve. It may also be important to prevent some other precipitates from dissolving, so that the choice of the annealing temperature is limited by a maximum value and a minimum value of the homogenization temperature.
Dans un mode particulier de réalisation du procédé de l'inven-tion, l'étape (i) de maturation artificielle comporte un premier stade de maturation à une température de 105 à 135 C, qui dure de préférence 2 à 20 heures, et un deuxième stade de maturation à une température de 135 à 210 C, qui dure de préférence 4 à 20 heures. Dans un autre mode de réalisation, on peut effectuer un troisième stade de maturation à une température de 105 à 135 C, qui dure de préférence 20 à 30 heures. In a particular embodiment of the process of the inven-tion, the step (i) of artificial maturation comprises a first stage of maturation at a temperature of 105 to 135 C, which preferably lasts 2 to 20 hours, and a second stage of maturation at a temperature of 135 to 210 C, which preferably lasts 4 to 20 hours. In another embodiment, a third stage of maturation can be carried out at a temperature of 105 to 135 C, which preferably lasts 20 to 30 hours.
Dans ce qui suit, on illustre l'invention à l'aide d'exemples nonlimitatifs. In what follows, the invention is illustrated by means of nonlimiting examples.
ExemplesExamples
Exemple 1Example 1
On prépare par coulée des lingots d'alliages A.1 à A.7, dont les compositions chimiques sont données dans le tableau 1, et on leur fait subir les traitements suivants: Homogénéisation: chauffage à 30 C/h jusqu'à 470 C et séjour de 12 heures à cette température Pré-chauffage: chauffage à 35 C/h jusqu'à 420 C et séjour de 6 heures à cette température Laminage à chaud: réduction de l'épaisseur de 80 mm à 30 mm Mise en solution: chauffage le plus rapide possible jusqu'à 470 C et séjour de 2 heures à cette température, suivi d'une trempe à l'eau Etirage: 1,5 % Maturation: T76, chauffage à 30 C/h jusqu'à 120 C et séjour de 5 heures à cette température, puis chauffage à 15 C/h jusqu'à 145 C et séjour de 12 heures à cette température Ingot of ingots of alloys A.1 to A.7, the chemical compositions of which are given in Table 1, are prepared by casting and subjected to the following treatments: Homogenization: heating at 30 ° C./h up to 470 ° C. and stay of 12 hours at this temperature Pre-heating: heating at 35 C / h up to 420 C and stay of 6 hours at this temperature Hot rolling: reduction of the thickness from 80 mm to 30 mm Solution: fastest heating possible up to 470 C and 2 hours at this temperature, followed by quenching with water Drawing: 1.5% Maturation: T76, heating at 30 C / h up to 120 C and stay of 5 hours at this temperature, then heating at 15 C / h up to 145 C and stay of 12 hours at this temperature
Tableau 1Table 1
Compositions des alliages en pourcentages pondéraux (avec 0,06 % de fer, 0,04 % de silicium, 0,04 % de titane et 0,10 % de zirconium, le complément d'aluminium), et propriétés mécaniques (direction L) et tenacité à la rupture (direction L-E) des alliages Alliage Zn Mg Cu RD (MPa) Rm (MPa) KIc (MPa.m"') AA7055-T7751 Réf. AMS 4206 593 614 24,2 AA7449-T7651 Réf. AMS 42.50 538 579 24,2 A.1 7,5 2,8 0,15 531 549 70,1 A. 2 7,4 4,2 0,16 589 614 40,6 A.3 9,5 1,9 0,16 554 558 62,1 A.4 9,5 2,3 0, 15 580 595 41,3 A.5 9,5 2,8 0,15 623 636 30,8 A.6 9,4 3,3 0,17 647 666 26, 4 A.7 11,0 2,8 0,18 659 669 24,2 Comme le montre le tableau 1, en augmentant les teneurs en zinc et en magnésium et en maintenant faible la teneur en cuivre, on peut obtenir des produits en alliages dont la résistance est très élevée, mais dont la tenacité est supérieure ou égale à celle des matériaux de référence. On peut aussi constater sur le tableau 1 que, pour que soit atteinte une résistance d'au moins 580 MPa, la teneur en magnésium dépend de la teneur en zinc selon la relation Mg 6, 6 0,45 x Zn. Compositions of alloys in percentages by weight (with 0.06% iron, 0.04% silicon, 0.04% titanium and 0.10% zirconium, the balance of aluminum), and mechanical properties (direction L) and fracture toughness (LE direction) alloys Zn alloy Mg Cu RD (MPa) Rm (MPa) KIc (MPa.m "') AA7055-T7751 AMS No. 4206 593 614 24.2 AA7449-T7651 AMS No. 42.50 538 579 24.2 A.1 7.5 2.8 0.15 531 549 70.1 A. 2 7.4 4.2 0.16 589 614 40.6 A.3 9.5 1.9 0, 16,554,558 62.1 A.4 9.5 2.3 0, 15 580 595 41.3 A.5 9.5 2.8 0.15 623 636 30.8 A.6 9.4 3.3 0 , 17 647 666 26, 4 A.7 11.0 2.8 0.18 659 669 24.2 As shown in Table 1, by increasing the zinc and magnesium contents and keeping the copper content low, can obtain products in alloys with very high strength, but with a toughness greater than or equal to that of reference materials, and Table 1 shows that in order to achieve a strength of at least 580 MPa, the magnesium content depends on the zinc content according to the Mg 6.65 0.45 x Zn ratio.
Exemple 2Example 2
On prépare par coulée des lingots d'alliages B.1 à B.4, dont les compositions chimiques sont données dans le tableau 2, et on leur fait subir les traitements indiqués plus haut, sauf que le laminage à chaud est poussé jusqu'à une épaisseur finale de 3 mm, et que l'homogénéisation de l'alliage B.2 dure plus longtemps, 12 heures à 470 C suivies de 24 heures à 475 C, l'étape d'homogénéisation comprenant un pre- mier stade et un deuxième stade. Alloy ingots B.1 to B.4, the chemical compositions of which are given in Table 2, are cast by casting and subjected to the above-mentioned treatments, except that the hot rolling is carried out until a final thickness of 3 mm, and that the homogenization of the alloy B.2 lasts longer, 12 hours at 470 C followed by 24 hours at 475 C, the homogenization step comprising a first stage and a second stage.
Tableau 2Table 2
Compositions des alliages en pourcentages pondéraux (avec 0,06 % de fer, 0,04 % de silicium, 0,04 % de titane et 0,10 % de zirconium, le complément d'aluminium), Alliage Zn Mg Cu Rp (MPa) CExf B.1 9,3 2,3 0,16 565 EA/B B.2 9,4 2,3 0,80 564 EC B.3 9,3 2,8 0,16 598 EA B.4 10,7 2,8 0, 15 626 EA La résistance mécanique (direction L) et la résistance à la corrosion (corrosion exfoliante CExf, mesurée selon la norme ASTM G34-97) de ces alliages sont indiquées dans le tableau 2. Pour l'alliage B.2, la teneur en cuivre de 0,8 % n'améliore pas les propriétés mécaniques, mais a une mauvaise influence sur la résistance de l'alliage à la corro- sion. Au contraire, l'augmentation des teneurs en magnésium et en zinc dans les alliages B.3 et B.4 confère à ceux-ci une meilleure résistance à la corrosion et une résistance mécanique nettement plus grande. Compositions of alloys in percentages by weight (with 0.06% iron, 0.04% silicon, 0.04% titanium and 0.10% zirconium, the balance of aluminum), alloy Zn Mg Cu Rp (MPa ) ECxf B.1 9,3 2,3 0,16 565 EA / B B.2 9,4 2,3 0,80 564 EC B.3 9,3 2,8 0,16 598 EA B.4 10 The mechanical strength (L direction) and the corrosion resistance (exfoliating corrosion CExf, measured according to ASTM G34-97) of these alloys are shown in Table 2. B.2 alloy, the 0.8% copper content does not improve the mechanical properties, but has a bad influence on the resistance of the alloy to corrosion. On the contrary, the increase of the magnesium and zinc contents in the alloys B.3 and B.4 gives them a better corrosion resistance and a much greater mechanical resistance.
Exemple 3Example 3
On étudie sept alliages dont les compositions chimiques sont données dans le tableau 3. La majorité de ces alliages, C.1 à C.5, con-tiennent peu de cuivre, et les autres, C.6 et C.7, en contiennent plus. Seven alloys of which the chemical compositions are given in table 3 are studied. The majority of these alloys, C.1 to C.5, contain little copper, and the others, C.6 and C.7, contain more.
De tous ces alliages, on fait des plaques de 3,5 mm d'épaisseur, en leur faisant subir les traitements suivants: Homogénéisation: pour les alliages à 0,20 % ou moins de cuivre, chauffage à 30 C/h jusqu'à 470 C et séjour de 12 heures à cette température; 10 pour les alliages à plus de 0,20 % de cuivre, chauffage à 30 C/h jusqu'à 470 C et séjour de 12 heures à cette température, puis chauffage à 15 C/h jusqu'à 475 C et séjour de 24 heures à cette température Laminage à chaud: pré-chauffage à 430 C, et laminage jusqu'à réduction de l'épaisseur de 80 mm à 3,5 mm Mise en solution: séjour de 1 heure à 470 C, suivi d'une trempe à l'eau ou à l'huile Etirage: 1,5 % Après le traitement thermique de mise en solution, tous les alliages de cet exemple subissent un traitement de maturation dans un état T6. Of all these alloys, plates of 3.5 mm thick are made by subjecting them to the following treatments: Homogenization: for alloys at 0.20% or less copper, heating at 30 C / h to 470 C and stay 12 hours at this temperature; 10 for alloys with more than 0.20% of copper, heating at 30 C / h up to 470 C and staying for 12 hours at this temperature, then heating at 15 C / h up to 475 C and stay of 24 hours at this temperature Hot rolling: pre-heating at 430 ° C, and rolling until the thickness is reduced from 80 mm to 3.5 mm Solution: 1 hour residence at 470 ° C, followed by quenching with water or oil Drawing: 1.5% After the solution heat treatment, all the alloys of this example undergo a maturation treatment in a T6 state.
Avant maturation artificielle, on trempe les produits en alliage dans l'eau et dans de l'huile, pour étudier la sensibilité des alliages à la trempe. La trempe à l'huile est comparable à la trempe à coeur d'une plaque épaisse d'environ 70 mm où le coeur de la plaque ne peut pas être trempé aussi rapidement que la surface. Après maturation, on mesure la dureté Brinell selon la norme ASTM E10, version de 2002. Les va-leurs de dureté ainsi obtenues sont indiquées dans le tableau 3, sur le- quel on peut voir que les valeurs obtenues après trempe à l'eau sont typiquement supérieures ou similaires à celles obtenues après trempe à l'huile. Les alliages les plus sensibles à la trempe sont ceux qui ont les plus fortes teneurs globales en éléments d'alliages. Pour les alliages C.2, C.3, C.5 et C.7, qui contiennent tous au moins 9,3 % de zinc, on obtient des valeurs de dureté d'au moins 190 HB. La dureté de l'alliage C.6, enrichi en cuivre par rapport à l'alliage C.1, est significativement plus grande que celle de ce dernier, mais dans le cas de l'alliage C.7 à forte teneur en zinc, c'est à peine si le même enrichissement en cuivre entraîne une augmentation supplémentaire de la dureté après trempe à l'huile. Contrairement à ce à quoi l'on s'attendait, à savoir qu'allier à la fois du magnésium et du cuivre à de l'aluminium conduirait à l'obtention d'une plus haute résistance mécanique qu'y allier une quantité équivalente de magnésium seul, on a eu la surprise de constater que, pour de fortes teneurs en zinc, le cuivre n'a pas plus d'effet d'accroissement de la dureté qu'un supplément de magnésium. Before artificial ripening, the alloy products are quenched in water and oil to study the alloy's sensitivity to quenching. Oil quenching is comparable to quenching a thick plate about 70 mm thick where the core of the plate can not be quenched as fast as the surface. After maturation, the Brinell hardness is measured according to ASTM E10, 2002 version. The hardness values thus obtained are shown in Table 3, on which it can be seen that the values obtained after quenching with water are typically higher or similar to those obtained after oil quenching. The alloys most sensitive to quenching are those with the highest overall contents of alloying elements. For alloys C.2, C.3, C.5 and C.7, which all contain at least 9.3% zinc, hardness values of at least 190 HB are obtained. The hardness of C.6 alloy, enriched in copper with respect to C.1 alloy, is significantly greater than that of C.1, but in the case of C.7 alloy with high zinc content, the same copper enrichment hardly increases the hardness after quenching with oil. Contrary to what was expected, that combining both magnesium and copper with aluminum would lead to higher mechanical strength than an equivalent amount of aluminum. Magnesium alone, we were surprised to find that for high levels of zinc, copper has no more effect of increasing hardness than a supplement of magnesium.
Tableau 3Table 3
Compositions des alliages de la série C, en pourcentages pondéraux (complément d'aluminium), et valeurs de dureté Brinell (HB) pour deux milieux de trempe (TE: trempe à l'eau; TH: trempe à l'huile) Alliage Zn Mg Cu Ti Zr Fe Si HB HB OHB Type TE TH TE-TH CIg, TH C.1 7,4 1,92 0,17 0, 04 0,10 0,04 0,02 164 164 0 1 C.2 9,3 2,8 0,16 0,04 0,11 0,03 0,02 192 190 2 1 C.3 9,5 3,3 0,16 0,04 0,098 0,03 0,02 209 197 12 1 C.4 7,4 4,2 0, 17 0,04 0,098 0,04 0,02 189 189 0 1 C.5 10,7 2,8 0,16 0,04 0,097 0,03 0, 02 210 197 13 1 C.6 7,4 1,86 1,65 0,05 0,10 0,03 0,02 179 179 0 2 C.7 9,4 2,3 1,66 0,04 0,099 0,03 0,02 204 191 13 2 En outre, les alliages à faible teneur en cuivre, même trempés à l'huile, offrent une excellente résistance à la corrosion intergranulaire (CIg, test effectué selon la norme ASTM G110-92), alors que les alliages à forte teneur en cuivre présentent un léger degré de corrosion in- tergranulaire. L'alliage est ainsi moins sensible à la trempe, ce qui offre divers avantages pour le traitement de l'alliage puisque celui-ci supporte mieux les éventuelles fluctuations intervenant dans la mise en oeuvre du procédé. Compositions of C-series alloys, in weight percentages (aluminum supplement), and Brinell hardness values (HB) for two quenching media (TE: water quenching, TH: oil quenching) Zn alloy Mg Cu Ti Zr Fe Si HB HB OHB Type TE TH TE-TH CIg, TH C.1 7.4 1.92 0.17 0.14 0.10 0.04 0.02 164 164 0 1 C.2 9 , 3 2.8 0.16 0.04 0.11 0.03 0.02 192 190 2 1 C.3 9.5 3.3 0.16 0.04 0.098 0.03 0.02 209 197 12 1 C.4 7.4 4.2 0.04 0.04 0.098 0.04 0.02 189 189 0 1 C.5 10.7 2.8 0.16 0.04 0.097 0.03 0.02 210 197 13 1 C.6 7.4 1.86 1.65 0.05 0.10 0.03 0.02 179 179 0 2 C.7 9.4 2.3 1.66 0.04 0.099 0.03 0 In addition, low copper content alloys, even oil quenched, provide excellent resistance to intergranular corrosion (ICg, test according to ASTM G110-92), while alloys with a high copper content show a slight degree of intergranular corrosion. The alloy is thus less sensitive to quenching, which offers various advantages for the treatment of the alloy since it better withstands any fluctuations involved in the implementation of the process.
Exemple 4Example 4
On étudie cinq alliages constituant la série D, dont les compo-sitions chimiques sont données dans le tableau 4. Tous ces alliages contiennent peu de cuivre. On en fait des plaques de 3 mm d'épaisseur, 5 selon le procédé suivant: Coulée de lingots et laminage de ces lingots en blocs de 80 mm sur 80 mm sur 100 mm Homogénéisation: chauffage à 30 C/h jusqu'à 470 C et séjour de 12 heures à cette température; Laminage à chaud: préchauffage à 430 C, et laminage jusqu'à réduction de l'épaisseur de 80 mm à 3 mm Mise en solution: séjour de 1 heure à 470 C, suivi d'une trempe à l'eau Etirage: 1,5 % Maturation: maturation artificielle en une ou deux étapes, jusqu'à un état T6 Dans le tableau 4 sont données les valeurs moyennes de dureté obtenues après maturation en une étape ou en deux étapes. Les résultats présentés dans le tableau 4 montrent que, pour que la dureté soit supé- rieure ou égale à 190 HB, il existe, pour une teneur en zinc d'environ 9,47 %, une teneur minimale en magnésium, située entre 1,92 % et 2,85 %. Dans les alliages du tableau 3, cette teneur minimale en zinc est de 2,8 %. Par ailleurs, on voit qu'on atteint des duretés de niveaux comparables après maturation artificielle, que celle-ci s'effectue en une étape ou en deux étapes. Ceci élargit le champ d'applications possibles d'un tel alliage à de multiples gammes de produits, pour lesquelles soit il est nécessaire d'effectuer une maturation en deux étapes, comme on l'exige pour les matériaux destinés à des applications aéronautiques, soit on préfère effectuer une maturation en une étape, pour des raisons de réduction des coûts. We study five alloys constituting the D series, whose chemical compositions are given in Table 4. All these alloys contain little copper. It is made of 3 mm thick plates, according to the following process: Cast ingots and rolling of these ingots in blocks of 80 mm by 80 mm by 100 mm Homogenization: heating at 30 C / h up to 470 C and stay 12 hours at this temperature; Hot rolling: preheating at 430 ° C., and rolling until the thickness is reduced from 80 mm to 3 mm Solution: 1 hour residence at 470 ° C., followed by quenching with water Drawing: 1, 5% Maturation: Artificial maturation in one or two steps, up to a T6 state In Table 4 are given the average values of hardness obtained after maturation in one or two stages. The results presented in Table 4 show that, for the hardness to be greater than or equal to 190 HB, there exists, for a zinc content of about 9.47%, a minimum magnesium content of between 1, 92% and 2.85%. In the alloys of Table 3, this minimum zinc content is 2.8%. Moreover, it can be seen that hardness levels of comparable levels are reached after artificial ripening, whether this takes place in one step or in two stages. This broadens the scope of possible applications of such an alloy to multiple product lines, for which either two-step maturation is required, as required for materials for aeronautical applications, or it is preferred to ripen in one step, for reasons of cost reduction.
Le tableau 4 montre que, pour atteindre une dureté supérieure ou égale à 190 HB, on peut faire durer l'étape de maturation artificielle à 145 C pendant un laps de temps qui peut varier dans un large intervalle. Table 4 shows that, to reach a hardness greater than or equal to 190 HB, the artificial ripening step can be continued at 145 ° C for a period of time which can vary over a wide range.
Tableau 4Table 4
Compositions des alliages de la série D, en pourcentages pondéraux (complément d'aluminium), et valeurs moyennes de dureté Brinell (HB) après maturation artificielle en une étape ou en deux étapes Alliage Zn Mg Cu Zr Fe Si Ti 11B HB 1 étape 2 étapes D.1 9,47 1,92 0,16 0,10 0,06 0, 03 0,05 174 175 D.2 9,41 2,85 0,16 0,10 0,06 0,03 0,05 192 190 D.3 9,52 3, 37 0,16 0,096 0,08 0,03 0,05 197 195 D.4 9,61 4,57 0,16 0,092 0,07 0,03 0, 06 198 204 D.5 8,94 3,99 0,16 0,095 0,07 0,03 0,06 200 197 A partir des tableaux 3 et 4, on peut établir une relation entre les teneurs en magnésium et en zinc, représentée par une droite au-dessus de laquelle on peut espérer obtenir une dureté élevée en opérant un traitement approprié de l'alliage. Cette relation est approximative-ment la suivante, en pourcentages pondéraux: Mg = 10 - 0,79 x Zn. Si la teneur en magnésium est supérieure à la valeur calculée au moyen de cette relation à partir de la teneur en zinc, on obtient une dureté d'au moins 185 HB, ou même d'au moins 190 HB, en particulier pour les alliages qui contiennent plus de 7,4 % de zinc. D-series alloy compositions, in weight percent (aluminum supplement), and average Brinell hardness (HB) values after one-step or two-step artificial processing Zn Mg Cu alloy Zr Fe Si Ti 11B HB 1 step 2 steps D.1 9,47 1,92 0,16 0,10 0,06 0, 03 0,05 174 175 D.2 9,41 2,85 0,16 0,10 0,06 0,03 0, 05 192 190 D.3 9.52 3, 37 0.16 0.096 0.08 0.03 0.05 197 195 D.4 9.61 4.57 0.16 0.092 0.07 0.03 0.06 198 204 D.5 8.94 3.99 0.16 0.095 0.07 0.03 0.06 200 197 From Tables 3 and 4 a relationship can be established between magnesium and zinc contents, represented by a right above which one can expect to obtain a high hardness by operating a suitable treatment of the alloy. This relationship is approximately the following, in percentages by weight: Mg = 10 - 0.79 x Zn. If the magnesium content is greater than the value calculated from this relationship from the zinc content, a hardness of at least 185 HB, or even at least 190 HB, is obtained, particularly for alloys which contain more than 7.4% zinc.
Exemple 5Example 5
On prépare trois alliages de l'invention, E.1 à E.3, particulière-ment appropriés pour des plaques d'usinage, puis on les traite selon le procédé de l'invention et on les fait ensuite mûrir jusqu'au maximum, à 130 C pendant 24 heures. On détermine les caractéristiques en traction, limite d'élasticité et résistance à la traction, dans la direction L et l'on mesure la dureté au niveau du milieu de la section transversale dans la direction de l'épaisseur. Ces alliages sont comparés aux alliages réguliers AA-7050 et AA-7075 à l'état T651. Three alloys of the invention, E.1 to E.3, are prepared which are particularly suitable for machining plates, then they are treated according to the process of the invention and then they are then ripened to the maximum, at 130 C for 24 hours. Tensile strength, yield strength and tensile strength are determined in the L direction and the hardness at the cross-sectional area is measured in the direction of the thickness. These alloys are compared to the regular AA-7050 and AA-7075 alloys in the T651 state.
Les compositions de ces alliages et leurs caractéristiques sont indiquées dans le tableau 5. Ces résultats montrent qu'un alliage de l'invention peut effectivement offrir une dureté très élevée, qui en fait un matériau très approprié pour une plaque d'usinage. The compositions of these alloys and their characteristics are shown in Table 5. These results show that an alloy of the invention can actually provide a very high hardness, which makes it a very suitable material for a machining plate.
Tableau 5Table 5
Compositions d'alliages de l'invention en pourcentages pondéraux (avec 0, 05 % de fer, 0,03 % de silicium, 0,15 % de cuivre et 0,12 % de zirconium, le complément d'aluminium), et propriétés en traction 5 et dureté de ces alliages Alliage Zn Mg Etat R (MPa) Rm (MPa) Dureté (HB) AA7050 6,2 2,3 T651 532 575 180 AA7075 5,6 2,5 T651 533 462 150 E.1 9,4 3,5 Mat. max. 695 708 236 E.2 11,5 3,1 Mat. max. 734 736 246 E.3 11,4 3,0 Mat. max. 680 689 245 Alloy compositions of the invention in percentages by weight (with 0.05% iron, 0.03% silicon, 0.15% copper and 0.12% zirconium, the balance of aluminum), and properties in tensile strength and hardness of these alloys Zn alloy Mg State R (MPa) Rm (MPa) Hardness (HB) AA7050 6.2 2.3 T651 532 575 180 AA7075 5.6 2.5 T651 533 462 150 E.1 9 , 3.5 3.5 Mat. max. 695 708 236 E.2 11.5 3.1 Mat. max. 734 736 246 E.3 11.4 3.0 Mat. max. 680 689 245
Exemple 6Example 6
On évalue l'aptitude au soudage de trois alliages de l'invention, F.1 à F. 3, en suivant un protocole bien établi pour l'évaluation de la sensibilité d'un alliage d'aluminium à la fissuration à chaud, lequel protocole est également connu sous le nom de "test de Houldcroft" et décrit dans l'article de P.T. Houldcroft, intitulé "A simple cracking test for use with argon arc welding" et paru dans la revue British Welding Journal, numéro d'octobre 1955, pages 471-475. Dans ce protocole, on utilise un échantillon en arête de poisson ou en pointe, cette dernière forme étant préférée dans le cas d'un soudage au laser. Dans cet exemple, on emploie des échantillons en pointe, épais de 2 mm. On se sert du laser pour réaliser une soudure perle-sur-plaque avec pénétration complète. La soudure part du bout étroit de l'échantillon et s'étend sur toute la longueur de celui-ci. Une fissure apparaît à chaud au cours de la solidification de la soudure, et la fissure s'arrête en un certain point. La longueur de cette fissure constitue une mesure de la sensibilité de l'alliage à la fissuration à chaud, qui est d'autant plus forte que la fis-sure est plus longue. Les échantillons ne subissent aucune contrainte au cours du test, et toutes les soudures sont effectuées sans métal d'apport. Dans ces essais, on utilise un laser Nd:YAG qui donne un spot d'une taille de 0,45 mm (lentille de 150 mm de distance focale) et dont le rayon est focalisé sur la surface supérieure de la plaque. On maintient constants les paramètres opératoires du laser, la puissance du laser vaut 4500 W et la vitesse de soudage vaut 4 m/min. The weldability of three alloys of the invention, F.1 to F. 3, is evaluated by following a well-established protocol for evaluating the sensitivity of an aluminum alloy to hot cracking, which protocol is also known as the "Houldcroft test" and described in PT Houldcroft's article, "A simple cracking test for use with argon arc welding" and published in the British Welding Journal, October 1955 issue. , pages 471-475. In this protocol, a fishbone or tip sample is used, the latter being preferred in the case of laser welding. In this example, point samples, 2 mm thick, are used. The laser is used to make a pearl-on-plate weld with complete penetration. The weld starts from the narrow end of the sample and extends over the entire length of the sample. A crack appears hot during the solidification of the weld, and the crack stops at a certain point. The length of this crack is a measure of the sensitivity of the alloy to hot cracking, which is even stronger than the crack is longer. The samples are not stressed during the test, and all the welds are done without filler metal. In these tests, an Nd: YAG laser is used which gives a 0.45 mm spot (lens of 150 mm focal length) and whose radius is focused on the upper surface of the plate. The operating parameters of the laser are kept constant, the laser power is 4500 W and the welding speed is 4 m / min.
Les compositions des alliages choisis pour cette étude sont indiquées dans le tableau 6, ainsi que les résultats des essais de soudage. The compositions of the alloys selected for this study are shown in Table 6, together with the results of the welding tests.
La sensibilité à la fissuration est exprimée par le pourcentage de fissuration, c'est-à-dire la longueur de la fissure rapportée à la longueur de l'échantillon; un faible pourcentage de fissuration équivaut donc à une faible sensibilité à la fissuration. On peut constater qu'une augmentation de la teneur globale en solutés de magnésium et de zinc entraîne une diminution de la sensibilité à la fissuration et donc une amélioration de l'aptitude au soudage. A titre de comparaison, on a aussi testé l'alliage d'aluminium AA-7017, puisqu'il est reconnu dans l'industrie de l'aluminium comme étant un alliage soudable. On peut constater que les trois alliages de l'invention sont nettement plus aptes au soudage que l'alliage AA-7017. The sensitivity to cracking is expressed as the percentage of cracking, that is to say the length of the crack relative to the length of the sample; a small percentage of cracking is therefore equivalent to a low sensitivity to cracking. It can be seen that an increase in the overall solute content of magnesium and zinc results in a decrease in the sensitivity to cracking and thus an improvement in the weldability. For comparison, the AA-7017 aluminum alloy was also tested since it is recognized in the aluminum industry as a weldable alloy. It can be seen that the three alloys of the invention are significantly more weldable than AA-7017 alloy.
Tableau 6Table 6
Compositions d'alliages de l'invention en pourcentages pondéraux (avec 0, 05 % de fer, 0,03 % de silicium, 0,15 % de cuivre et 0,12 % de zirconium, le complément d'aluminium), et résultats du test 20 de soudage de Houldcroft (pourcentage de fissuration) Alliage Zn Mg Zn + Mg % Fissur. Alloy compositions of the invention in percentages by weight (with 0.05% iron, 0.03% silicon, 0.15% copper and 0.12% zirconium, the balance of aluminum), and results Houldcroft welding test (percent cracking) Zn Mg Zn + Mg% Fissur alloy.
AA7017 4,0-5,2 2,0-3,0 6,0-8,2 53 F.1 9,3 2,8 12,1 31 F.2 9,5 3,3 12,8 28 F.3 10,7 2,8 13,5 31 Il doit être bien entendu que la présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits plus haut, ni aux exemples particuliers donnés ci-dessus, et qu'elle englobe tous les modes de réalisation qui tombent dans le cadre de la présente description. AA7017 4.0-5.2 2.0-3.0 6.0-8.2 53 F.1 9.3 2.8 12.1 31 F.2 9.5 3.3 12.8 28 F It should be understood that the present invention is not limited to the embodiments described above, nor to the particular examples given above, and encompasses all the modes of the invention. embodiments that fall within the scope of this description.
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