FR2899598A1 - Produit en alliage al-mg utilisable dans des toles de blindage - Google Patents

Abstract

Tôle d'alliage d'aluminium présentant une amélioration de sa résistance à des frappes par des projectiles à énergie cinétique, la tôle ayant une épaisseur de 10 mm ou plus et l'alliage d'aluminium ayant une composition chimique comprenant, en pourcentage de poids : Mg 4,95 à 6,0 ; Mn 0,45 à 1,4 ; Zn 0,20 à 0,90 ; Zr 0,05 à 0,25 ; Cr < 0,3 ; Sc < 0,5 ; Ti < 0,3 ; Fe < 0,5 ; Si < 0,45 ; Ag < 0,4 ; Cu < 0,25 ; autres éléments et impuretés inévitables, chacun < 0,05, total < 0,20, le reste étant de l'aluminium. La tôle présente une amélioration d'au moins 5% de la vitesse V50 en comparaison d'un alliage équivalent AA5083-H131, mesurée à l'aide de l'essai 30 AMP2 suivant MIL-DTL-46 027 J de septembre 1998. En outre, il est proposé un procédé d'utilisation de la tôle comme tôle de blindage.

Description

20 B07-0876FR Société dite : Aleris Aluminum Koblenz GmbH

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PRODUIT EN ALLIAGE Al-Mg UTILISABLE DANS DES TâLES DE BLINDAGE

Invention de : MOLDENHAUER Stefan KRâPFL Ingo Günther HASZLER Alfred Johann Peter SAMPATH Desikan GHAZIARY Hormoz

PRIORITE DE DEUX DEMANDES DE BREVET DEPOSEES AUX ETATS-UNIS D'AMERIQUE 25 le 7 avril 2006 sous le n 60/789.908 et le 6 juillet 2006 sous le n 11/481.058. 15 PRODUIT EN ALLIAGE Al-Mg UTILISABLE DANS DES TâLES DE BLINDAGE

La présente invention est relative à un produit sous forme de tôle d'alliage d'aluminium d'une épaisseur de 10 mm ou plus. Plus particulièrement, la présente invention est relative à des alliages d'aluminium-magnésium qui conviennent pour une tôle de blindage, tout en ayant des propriétés améliorées, en particulier une meilleure résistance à des projectiles arrivant avec une énergie cinétique.

Comme on le comprendra ci-après, sauf indication contraire, les appellations d'alliages et les appellations de trempes sont conformes aux appellations de l'Aluminum Association figurant dans les Aluminum Standards and Data and the Registration Records, publiées par l'Aluminum Association. Pour toute description de compositions d'alliages ou de compositions préférées d'alliages, toutes les mentions de pourcentages concernent, sauf indication contraire, des pourcentages de poids. En raison de leur légèreté, les alliages d'aluminium ont trouvé de nombreuses applications militaires, notamment dans des véhicules militaires tels que des véhicules de transport de personnel. La légèreté de l'aluminium permet de meilleures performances et facilite le transport d'équipements, notamment de transport aérien de véhicules militaires. Dans certains véhicules, il est souhaitable de prévoir un blindage ou une protection contre des attaques, en disposant une tôle de blindage afin de protéger les occupants du véhicule. L'aluminium a connu de nombreuses utilisations comme tôle de blindage, et il existe un certain nombre de spécifications de tôle de blindage pour l'utilisation de différents alliages d'aluminium. Les exigences les plus spécifiques d'une tôle de blindage en alliage d'aluminium sont la résistance aux projectiles, une bonne résistance à la corrosion et, dans certaines applications, une bonne soudabilité. Des essais balistiques sont souvent réalisés avec des projectiles de perforation de blindage ("PB") tels que le PB M2 de 7,62 mm et avec des projectiles à simulation de fragments ("PSF") tels que le projectile courant de 20 mm. Des alliages d'aluminium satisfaisant toutes les conditions pour une tôle de blindage sont souhaitables, et ces souhaits ont été satisfaits à divers degrés. L'alliage d'aluminium AA5083 est couvert par la spécification militaire US pour blindage MIL-DTL-46 027 J (septembre 1998) et l'alliage AA7039 est couvert par la spécification militaire US MIL-DTL-46 063 H 15 20 25 30 (septembre 1998). Il est globalement admis que, pour de nombreuses applications, la tôle de blindage en alliage AA7039 est meilleure que la tôle de blindage AA5083, bien que l'avantage soit plus grand pour les performances balistiques de perforation de blindage et moindre pour les performances de simulation de fragments, au moins d'après les spécifications militaires. Cependant, l'alliage AA7039 peut présenter une corrosion ou poser des problèmes de corrosion sous contraintes dans une bien plus grande mesure que l'alliage AA5083. L'alliage AA7039 est très difficile à souder. L'alliage AA7039, lorsqu'on l'utilise pour des tôles de blindage, est ordinairement à un degré de trempe T6 et l'alliage AA5083, lorsqu'il est utilisé pour des tôles de blindage, est utilisé à l'état de trempe H131. Voici les valeurs de composition pour AA5083, en pourcentage de poids : Mg 4,0 ù 4,9 Mn 0, 40 ù 1,0 Cr 0,05 ù 0,25 Si maxi 0,40 Fe maxi 0,40 Cu maxi 0,10 Zn maxi 0,25 Ti maxi 0,15 impuretés, chaque élément < 0,05, total < 0,15, le reste étant de l'aluminium. La composition nominale pour l'alliage AA5083 est d'environ 4,4% en poids de Mg, 0,7% en poids de Mn et 0,15% en poids de Cr. Voici les valeurs de composition pour AA7039, en pourcentage de poids : Zn 3,5 ù 4,5 Mg 2,3 ù 3,3 Mn 0,10 ù 0,40 Cr 0,15 ù 0,25 Si maxi 0,30 Fe maxi 0,40 Cu maxi 0,10 Ti maxi 0,10 impuretés, chaque élément < 0,05, total < 0,15, le reste étant de l'aluminium.

La composition nominale pour l'alliage AA7039 est d'environ 4% en poids de Zn, 2,8% en poids de Mg, 0,25% en poids de Mn et 0,20% en poids de Cr. Sauf indication contraire, dans la présente description, tous les pourcentages de composition sont des pourcentages de poids.

Les exigences les plus importantes pour une tôle de blindage en alliage d'aluminium sont la résistance aux projectiles, une bonne résistance à la corrosion et en particulier à la corrosion sous contraintes et, dans les applications modernes, une bonne soudabilité. Des essais balistiques sont souvent menés avec des projectiles de perforation de blindage tels que des projectiles de calibre 0,30" et avec des projectiles de simulation de fragments comme le projectile courant de 20 mm. Des alliages d'aluminium satisfaisant toutes les exigences pour la tôle de blindage sont souhaitables. Un autre alliage d'aluminium- magnésium est constitué par l'alliage AA5059, enregistré en juin 1999 auprès de l'Aluminum Association. Les valeurs de composition enregistrées pour l'alliage AA5059 sont, en pourcentage de poids : Mg 5,0 û 6,0 Mn 0,6 û 1, 2 Zn 0,40 û 0,9 Zr 0,05 û 0,25 Cr maxi 0,25 Si maxi 0,45 Fe maxi 0,50 Cu maxi 0,25 Ti maxi 0,20 impuretés, chaque élément < 0,05, total < 0,15, le reste étant de l'aluminium. Cet alliage d'aluminium est également décrit dans US-6 238 495-B2 et US-6 342 113-B2. L'alliage d'aluminium sert à construire de grandes structures soudées telles que des réservoirs de stockage et des cuves pour les transports maritimes et terrestres. L'alliage a trouvé en particulier une utilisation industrielle dans la construction navale, l'alliage d'aluminium ayant ordinairement une trempe H321 ou une trempe O et ayant une épaisseur inférieure à 20 mm. D'après US- 6 238 495, la trempe H321 a été obtenue par réduction de 40% par laminage à froid, suivie d'un traitement thermique par maintien à température du produit laminé à froid à 250 C pendant une heure. La trempe 0 a été obtenue par une réduction de 40% par 15 20 25 laminage à froid, suivie d'un maintien à température du produit laminé à froid à 525 C pendant une durée de 15 minutes.

La présente invention vise à réaliser un alliage perfectionné de la série 5000 ayant une très bonne soudabilité tout en présentant de bonnes performances anticorrosion et une grande résistance à la frappe par des projectiles à énergie cinétique. Un autre objectif consiste à réaliser un alliage de la série 5000 ayant de meilleures propriétés balistiques que son équivalent AA5083-H131.

Ces objectifs et d'autres, et des avantages supplémentaires, sont obtenus ou surpassés par la présente invention concernant une tôle d'alliage d'aluminium présentant une amélioration de sa résistance à la frappe par des projectiles à énergie cinétique, la tôle ayant une épaisseur de 10 mm ou plus et l'alliage d'aluminium ayant une composition chimique comprenant, en pourcentage de poids : Mg environ 4,95 ù 6,0, de préférence 5,0 ù 5,7 Mn environ 0,45 ù 1,4, de préférence 0,65 ù 1,2 Zn environ 0,20 ù 0,90, de préférence environ 0,35 ù 0,70 Zr environ 0,05 ù 0,25 Cr < 0,3 Sc < 0,5 Ti < 0,3 Fe < 0,5, de préférence < 0,25 Si < 0,45, de préférence < 0,2 Ag < 0,4 Cu < 0,25 autres éléments et impuretés inévitables, chacun < 0,05, total < 0,20, le reste étant de l'aluminium, et la tôle présentant une amélioration d'au moins 5% de la limite V50 en comparaison d'un équivalent constitué de AA5083-H131, mesurée par l'essai 30 30 AMP2 conformément à la spécification MIL-DTL-46 027 J de septembre 1998. On entend par équivalent constitué de AA5083-H131 une tôle d'alliage d'aluminium ayant une composition définie ci-dessus pour AA5083, et transformée et traitée thermiquement à une trempe H131 et ayant les mêmes dimensions en longueur, largeur et épaisseur que la tôle selon la présente invention à laquelle on la 35 compare. Un équivalent typique a une composition en éléments de l'ordre de 4,4% en poids de Mg, 0,7% en poids de Mn, 0,15% en poids de Cr, 0,40% maxi en poids de Si, 0,40% en poids maxi de Fe, 0,10% en poids maxi de Cu, 0,25% en poids maxi de Zn, 0,15% en poids maxi de Ti, des impuretés à raison de < 0,05% en poids pour chaque élément, le total étant < 0,15% en poids, et le reste étant de l'aluminium. Une tôle respectant la composition en éléments décrite pour la présente invention présentant l'amélioration d'au moins 5% de la limite V50 par rapport à un seul équivalent AA5083-H131 présente la caractéristique requise d'être une tôle avec une amélioration d'au moins 5% de la limite V50 en comparaison d'un équivalent AA5083-H131. Par exemple, une tôle respectant la composition en éléments décrite pour la présente invention, ayant une amélioration d'au moins 5% de la limite V50 par rapport à un équivalent AA5083-H131, ayant une composition de 4,4% en poids de Mg, 0,7% en poids de Mn, 0,15% en poids de Cr, 0,2% en poids de Si, 0,2% en poids de Fe, 0,05% en poids de Cu, 0,15% en poids de Zn, 0,1% en poids de Ti, des impuretés à raison de moins de 0,05% en poids pour chaque élément, un total inférieur à 0,15% en poids et le reste étant de l'aluminium, présente la caractéristique requise d'être une tôle possédant une amélioration d'au moins 5% de la limite V50 en comparaison d'un équivalent constitué de AA5083-H131. De même, un équivalent AA7039-T6 est constitué par une tôle d'alliage d'aluminium à composition définie ci-dessus pour AA7039 et transformée et traitée thermiquement à une trempe T6 et ayant les mêmes dimensions en longueur, largeur et épaisseur que la tôle selon la présente invention à laquelle on la compare. Un équivalent typique a une composition de l'ordre de 4% en poids de Zn, 2,8% en poids de Mg, 0,25% en poids de Mn et 0,20% en poids de Cr, 0,30% en poids maxi de Si, 0,40% en poids maxi de Fe, 0,10% en poids maxi de Cu, 0,10% en poids maxi de Ti, des impuretés à raison de moins de 0,05% en poids pour chaque élément, au total moins de 0,15% en poids, le reste étant de l'aluminium ; par exemple, 4% en poids de Zn, 2,8% en poids de Mg, 0,25% en poids de Mn et 0,20% en poids de Cr, 0,20% en poids de Si, 0,20% en poids de Fe, 0,05% en poids de Cu, 0,05% en poids de Ti, des impuretés à raison de moins de 0,05% en poids pour chaque élément, un total < à 0,15% en poids, le reste étant de l'aluminium.

L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels : 15 20 30 35 la Fig. 1 et la Fig. 2 illustrent les résultats de mesures des propriétés mécaniques respectivement du Tableau 1 et du Tableau 2. La Fig. 1 concerne la direction LT et la Fig. 2 concerne la direction L. Pour les deux figures, les axes horizontaux définissent l'ampleur du laminage à froid (en %) et les axes verticaux définissent la pression en MPa ; la Fig. 3 représente un véhicule polyvalent à roues, ou "VPR" renforcé par un blindage ; la Fig. 4 représente un véhicule Stryker ; et la Fig. 5 représente un véhicule Bradley M2/M3.

La présente invention propose une tôle en alliage d'aluminium ayant une résistance améliorée à la frappe par des projectiles à énergie cinétique, la tôle ayant une épaisseur de 10 mm ou plus et l'alliage d'aluminium ayant une composition chimique comprenant, en pourcentage de poids : Mg environ 4,95 ù 6,0, de préférence 5,0 ù 5,7, par exemple 5,2 ù 5,6 Mn environ 0,45 ù 1,4, de préférence 0,65 ù 1,2, par exemple 0,75 ù 0,9 Zn environ 0,9 maxi, de préférence environ 0,20 ù 0,90, de préférence environ 0,35 ù 0,70, par exemple 0,45 à 0,6 Zr < 0,3, de préférence environ 0,05 ù 0,25, par exemple environ 0,05 ù 0,15 Cr < 0,3, par exemple 0,08 à 0,15 Sc < 0,5, par exemple 0,08 à 0,45, 0,2 à 0,45, ou < 0,1 25 mais de préférence 0,05 à 0,30, 0,05 à 0,20 ou 0,05 à 0,15 Ti < 0,3, par exemple < 0,1 Fe < 0,5, de préférence < 0,25, par exemple 0,14 Si < 0,45, de préférence < 0,2, par exemple < 0,14 Ag < 0,4, par exemple 0,01 Cu < 0,25, par exemple < 0,05, les autres éléments et les impuretés inévitables, chacun < 0,05, total < 0,20 le reste étant de l'aluminium, et la tôle présentant une amélioration d'au moins 5%, et de préférence d'au moins 6% de la limite V50 en comparaison d'un équivalent AA5083-H131, mesurée par l'essai 30 AMP2 conformément à la spécification MIL-DTL-46 027 J de septembre 1998. Dans une forme de réalisation, la tôle présente une amélioration d'au moins 5%, et de préférence une amélioration d'au moins 8% de la limite V50 en comparaison d'un équivalent AA5083-H131, mesurée à l'aide de l'essai PSF de 20 mm conformément à la spécification MIL-DTL-46 027 J de septembre 1998. La tôle d'alliage d'aluminium selon la présente invention constitue un produit qui convient idéalement pour des applications comme tôle de blindage présentant une nette amélioration des propriétés balistiques en comparaison de son équivalent AA5083-H131. La tôle d'alliage d'aluminium selon la présente invention constitue également un produit en forme de tôle ayant des propriétés balistiques proches de celles de son équivalent AA7039-T6, mais associées à une très bonne soudabilité et à de meilleures performances de résistance à la corrosion, en particulier de résistance à la corrosion sous contraintes, en comparaison de l'alliage AA7039-T6. Cette combinaison de propriétés balistiques, d'une très bonne soudabilité et de très bonnes performances de résistance à la corrosion donne un avantage à la tôle d'alliage selon la présente invention pour une application comme tôle de blindage. Un important avantage de la présente invention réside dans l'amélioration du Rendement Massique en comparaison d'équivalents tels que AA5083-H131 et même AA7039-T6. L'alliage selon l'invention a une densité spécifique plus faible, mesurée à 20 C, en comparaison de celle des deux alliages AA5083 et AA7039, ce qui donne un avantage en ce qui concerne le rapport résistance mécanique/poids ou la résistance spécifique (résistance à la traction divisée par la densité spécifique). Le Rendement Massique est une mesure des performances de PSF et est également lié à la densité spécifique et permet une bonne comparaison de diverses matières de tôle de blindage d'épaisseur similaire les unes avec les autres. Le Rendement Massique, ou "Em" se définit comme le poids par unité de surface d'une matière de référence, par exemple un alliage équivalent de AA5083-H131, nécessaire pour défaire une menace balistique donnée, divisé par le poids par unité de surface de la matière concernée. On a constaté que si on prend comme norme l'alliage AA5083-H131, l'alliage AA7039-T64 présente alors une amélioration de 3% du Rendement Massique, tandis que le produit en alliage selon l'invention présente une amélioration supérieure à 5% et, dans les meilleurs exemples, une amélioration d'au moins 6% ou 7%. L'amélioration constatée s'accentue encore à mesure que la vitesse du projectile d'impact augmente. Le meilleur Rendement Massique de l'alliage permet la construction d'un véhicule plus léger tout en offrant la même résistance à la frappe par des projectiles. Le gain de poids dans un véhicule blindé peut se traduire, parmi d'autres avantages, par une mobilité du véhicule. Selon une autre possibilité, si on construit un véhicule blindé, on peut utiliser une tôle d'épaisseur inchangée tout en offrant une résistance bien meilleure à la frappe par des projectiles et, de ce fait, une meilleure survivabilité. Dans le produit en alliage selon la présente invention, la proportion de Mg est limitée à 6%, car des alliages à teneur plus élevée en Mg ne sont pas faciles à fabriquer. En outre, une proportion de Mg supérieure à 6% ne contribue pas à améliorer notablement la résistance mécanique, tandis que la résistance à la corrosion, en particulier la résistance à la corrosion intergranulaire, à la corrosion par exfoliation et à la corrosion sous contraintes, s'amoindrit très rapidement à des teneurs plus élevées en Mg. Si on le souhaite, Mg + Mn est supérieur à 6,8% ou Mg + Mn est inférieur à 5,9%. De préférence, la tôle a une teneur en Zn d'environ 0,2 à 0,9% en poids afin d'améliorer la soudabilité et la résistance à la corrosion de la tôle. De préférence, la tôle a une teneur en Zr d'environ 0,05 à 0,25%, par exemple > 0,16 à 0,25, pour améliorer encore la soudabilité et la résistance à la corrosion de la tôle. Ti peut être ajouté à dessein à raison d'un maximum d'environ 0,3%, par exemple > 0,16 à 0,3, dans le but d'affiner les grains pendant le moulage et/ou le soudage.

Si on le souhaite, Cr et/ou Ti peuvent être absents. Cependant, dans une autre forme de réalisation, on obtient une nouvelle amélioration des propriétés, en particulier de la résistance à la corrosion, de la tôle en alliage d'aluminium selon l'invention lorsque Ti est Cr sont tous deux présents en grande quantité dans les limites définies. De préférence, le titane et le chrome sont présents en quantité égale ou à peu près égale dans le produit en alliage d'aluminium, Cr étant présent à raison d'environ 0,08 à 0,25% et Ti à raison d'environ 0,1 à 0,2%. Dans cette forme de réalisation également, Zr, dans la proportion préalablement définie de 0,05 à 0,25%, peut être présent en plus de la présence combinée de Ti et Cr dans les limites définies.

On a constaté que, pour une composition d'alliage donnée avec un apport combiné de Cr et Ti, la résistance mécanique augmente tandis que la ténacité est maintenue à peu près au même niveau. Dans une forme de réalisation, Sc peut être ajouté à dessein jusqu'à un maximum de 0,5%, de préférence de 0,05 à 0,3%, et de préférence encore de 0,05 à 0,15%, pour accroître encore la résistance à la frappe par des projectiles et énergie cinétique. Dans une forme de réalisation préférée, la tôle en alliage d'aluminium selon la présente invention a une composition conforme aux limites de AA5059. l0 Dans une forme de réalisation, la tôle en alliage a une limite élastique conventionnelle ("TS") d'au moins environ 330 MPa, de préférence au moins environ 340 MPa, et de préférence encore au moins environ 350 MPa, mesurée dans sa direction L. Lorsqu'elle est mesurée dans sa direction LT, la tôle a une limite élastique conventionnelle d'au moins 310 MPa, de préférence d'au moins environ 320 15 MPa et de préférence encore d'au moins 330 MPa. Dans une forme de réalisation, la tôle en alliage a une résistance à la traction ("UTS") d'au moins environ 380 MPa, de préférence d'au moins environ 390 MPa et de préférence encore d'au moins environ 400 MPa, mesurée soit dans sa direction L, soit dans sa direction LT. 20 La tôle selon la présente invention convient parfaitement comme tôle de blindage à employer dans des véhicules blindés, en particulier des véhicules militaires blindés. L'ordre de grandeur de l'épaisseur de la tôle en alliage d'aluminium est de plus d'une dizaine de millimètres. Une limite supérieure adéquate pour une tôle en alliage d'aluminium est d'environ 100 mm. De préférence, l'ordre de grandeur de 25 l'épaisseur est d'environ 15 à 75 mm. Dans un mode préféré de l'invention, la tôle en alliage d'aluminium, possédant la composition chimique et les propriétés mécaniques définies qui la rende particulièrement adéquate pour des applications comme tôle de blindage, est obtenue par un procédé de fabrication comprenant une coulée, un préchauffage et/ou une 30 homogénéisation, un laminage à chaud et un écrouissage de la tôle d'alliage par une opération d'écrouissage choisie dans le groupe consistant à (i) un étirage de 3 à 18% et (ii) un laminage à froid avec une réduction totale, par laminage à froid, de 15% à moins de 40%. Dans une forme préférable de réalisation du procédé de fabrication de la tôle 35 d'alliage, la tôle d'alliage à son épaisseur définitive après l'opération d'écrouissage ne subit pas d'autre traitement thermique, si bien qu'il ne se produit pas de forte restauration dans la tôle d'alliage. Il en résulte que les propriétés mécaniques à l'épaisseur finale restent sensiblement inchangées, aussi n'y a-t-il sensiblement pas de restauration. Après une opération d'écrouissage selon la présente invention, un traitement thermique, par exemple à 80 C pendant 30 minutes, peut être exécuté puisque cela ne fait que stabiliser le produit en alliage, tandis qu'un traitement thermique à 250 C pendant 30 à 60 minutes pour parvenir à une trempe H321 aboutit en outre à une augmentation non souhaitable de la ductilité. Tout traitement thermique à haute température après le laminage à froid donnant l'épaisseur finale est de préférence à éviter. L'alliage décrit ici peut être obtenu à partir d'un lingot et peut être réalisé sous forme de lingot ou de brame par des techniques de moulage dont celle actuellement employée dans l'art. Une pratique préférée est constituée par une coulée semi-continue de gros lingots, par exemple de 350 ou 500 mm d'épaisseur sur environ 2000 mm ou plus de largeur sur environ 3,5 m ou plus de longueur. Ces gros lingots sont préférables dans la mise en oeuvre de l'invention, surtout pour fabriquer de grandes tôles destinées à servir dans des applications pour tôle de blindage. De préférence, la matière sous forme d'alliage d'aluminium est préchauffée ou homogénéisée à une température d'au moins 480 C avant un laminage à chaud en une seule ou plusieurs passes. Pour éviter une fusion eutectique provoquant une éventuelle formation indésirable de pores à l'intérieur du lingot, la température ne doit pas être trop élevée et ne doit normalement pas dépasser 535 C. Pour un gros lingot industriel, le maintien à température doit être d'environ 2 à 24 heures. Une période plus longue, par exemple 48 heures ou davantage, n'a pas d'effet défavorable immédiat sur les propriétés voulues, mais ne présente pas d'intérêt économique. Si on utilise un four industriel classique, la vitesse de chauffage est ordinairement de 30 à 40 C/heure. L'alliage est laminé à chaud pour réduire son épaisseur d'au moins environ 30% de son épaisseur initiale (avant tout laminage à chaud), de préférence d'environ 50% ou plus, par exemple 60 ou 65% ou plus de son épaisseur lorsqu'on utilise une matière industrielle initiale de grande dimension (par exemple d'une épaisseur de l'ordre de 400 mm ou plus) en utilisant un laminoir à chaud réversible qui lamine le métal par un mouvement de va-et-vient pour réduire son épaisseur. Ainsi, le laminage à chaud initial peut se faire par pas en utilisant différents laminoirs. Il peut également comporter des opérations de réchauffage classiques à environ 500 C entre les passes de laminage pour regagner la chaleur perdue. A la suite du laminage à chaud, le produit en alliage est écroui à l'aide d'une opération d'écrouissage choisie dans le groupe comprenant (i) un étirage de l'ordre de 3 à 18% et (ii) un laminage à froid avec une réduction totale, par laminage à froid, de l'ordre de 15% à moins de 40%. La réduction par laminage à froid est de moins de 40% de l'épaisseur initiale (après laminage à chaud et avant tout laminage à froid), de préférence d'au moins 15%. De préférence, la réduction totale par laminage à froid est de l'ordre de 15% à 35%, et de préférence encore de l'ordre de 22% à 32%. Le meilleur compromis entre les propriétés a été obtenu en utilisant une réduction par laminage à froid d'environ 25%. La réduction totale par laminage à froid peut être atteinte en une ou plusieurs passes de laminage. Si cela est utile pour améliorer l'usinabilité, un traitement thermique ou un recuit intermédiaire peut être effectué pendant les pauses entre les diverses passes de laminage à froid, ce qui est courant dans la technique. On définit l'étirage comme un allongement permanent dans la direction d'étirage, ordinairement dans la direction L du produit en forme en tôle. L'étirage doit être effectué à raison d'environ 3 à 18%, de préférence d'environ 8 à 18%, et de préférence encore 8 à 12%. De préférence, l'opération d'étirage est effectuée lors de la production des tôles les plus épaisses, notamment pour des produits en tôle d'une épaisseur finale de 40 mm ou plus, et de préférence de 50 mm ou plus. L'opération de laminage à froid et l'opération d'étirage peuvent être réalisées chacune en tant qu'opération d'écrouissage unique. Cependant, ces opérations d'écrouissage peuvent également être réalisées en combinaison, par exemple en réalisant un laminage à froid de 20% suivi d'une opération d'étirage de 4%. Le produit en tôle d'alliage d'aluminium selon l'invention peut être soudé à l'aide de toutes les techniques de soudage classiques telles que le soudage MIG et le soudage par friction-malaxage. Après le soudage, il n'est pas nécessaire de procéder à un autre traitement thermique pour obtenir des propriétés maximales ou pour retrouver certaines propriétés mécaniques amoindries par suite de l'apport de chaleur pendant le soudage et, par conséquent, la fabrication de véhicules blindés est moins coûteuse. La tôle d'aluminium peut être soudée à l'aide de fils d'apport classiques tels que AA5183 ou à l'aide de fils d'apport modifiés ayant une quantité plus grande de Mg et/ou de Mn.

Un autre aspect de l'invention concerne un procédé d'utilisation du produit en forme d'alliage d'aluminium comme tôle de blindage dans un véhicule blindé, en particulier dans des véhicules militaires tels que les systèmes de combat à chenilles, les véhicules transporteurs de personnel blindés, les systèmes de soutien blindés, les systèmes d'assaut amphibies, les véhicules d'assaut amphibies perfectionnés ou les véhicules robotisés armés. Lors d'une application dans de tels véhicules blindés, la tôle sera soudée de manière à constituer un blindage d'un seul tenant. Une tôle de blindage suspendue est possible pour la tôle d'alliage d'aluminium selon l'invention, mais ce n'est pas l'application préférée.

La Fig. 3 représente un véhicule polyvalent à roues très mobiles, ou "VPR" 110 de l'armée des USA. La Fig. 4 représente un véhicule Stryker 120. La Fig. 5 représente un véhicule Bradley M2/M3 130. Ces véhicules 110, 120, 130 peuvent être modifiés en fonction de la présente invention pour faire mettre en place des tôles de blindage selon la présente invention, par exemple par soudage, sur une surface extérieure ou à d'autres endroits du véhicule qui conviennent pour une protection par blindage. Le blindage est une protection capitale contre les armes légères, les grenades à propulsion par réaction, ou GPR, et les "dispositifs explosifs improvisés", ou DEI. On trouvera d'autres informations sur les véhicules blindés sur le site Internet de Global Security.org, Alexandria, VA, http://.globalsecurity.org/military/systems/ground/hmmwvua.htm, juillet 2006. On va maintenant illustrer l'invention en considérant des formes nullement limitatives de réalisation de l'invention.

EXEMPLES Exemple 1 A une échelle industrielle et à l'aide d'une coulée semi-continue, plusieurs lingots de 400 mm d'épaisseur ont été coulés, leur composition étant conforme à celle de AA5059, à savoir, en pourcentage de poids, 5,45% de Mg, 0,81% de Mn, 0,51% de Zn, 0,14% de Zr, 0,09% de Si, 0,08% de Fe, 0,03% de Ti, le reste étant constituéd'aluminium et d'impuretés inévitables. Les lingots ont été écroûtés, préchauffés à 510 C pendant 8 heures, laminés à chaud et laminés à froid jusqu'à l'obtention d'une épaisseur finale de 38 mm. Les conditions du laminage à chaud ont été telles que la réduction par laminage à froid a pu être diversifiée pour étudier les propriétés mécaniques en fonction de la réduction par laminage à froid. Les tôles laminées à froid n'ont subi aucun autre traitement thermique après le laminage à froid. Les propriétés mécaniques (limite élastique conventionnelle et résistance à la traction) ont été mesurées conformément à ASTM B557 dans la direction LT et la direction L. Les propriétés mécaniques sont détaillées sur le Tableau 1 et sont illustrées sur la Fig. 1 et la Fig. 2. Tableau 1. Propriétés mécaniques de limite élastique conventionnelle et de résistance à la traction dans la direction T-L et dans la direction L en fonction de l'ampleur de l'écrouissage (% de réduction par laminage à froid). % d'écrouissage Direction L-T Direction L LEC RT LEC RT [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] 5 256 368 288 370 287 385 314 382 309 400 334 392 328 416 354 408 340 425 361 415 336 417 381 520 D'après les résultats du Tableau 1 et les figures 1 et 2, on peut constater que les niveaux des propriétés mécaniques dépendent fortement de l'ampleur de 10 l'écrouissage, et que, pour la tôle d'alliage selon la présente invention, le niveau préféré est un écrouissage d'environ 25%.

Exemple 2 Des tôles d'alliage à composition similaire à l'alliage de l'Exemple 1 ont été 15 fabriquées à une échelle industrielle dans des conditions analogues à celles de l'Exemple 1, si bien que l'épaisseur finale de la tôle a été diverse mais que toutes les tôles ont eu une réduction de 25% par laminage à froid. Cela a servi à étudier la constance des propriétés mécaniques en fonction de l'épaisseur de la tôle. Les résultats sont détaillés sur le Tableau 2. D'après ces résultats, on peut 20 constater que les tôles selon la présente invention présentent une très bonne constance de leurs propriétés mécaniques en fonction de l'épaisseur de la tôle.

Tableau 2. Propriétés mécaniques de limite élastique conventionnelle et de résistance à la traction dans la direction LT en fonction de l'épaisseur de la tôle, toutes les tôles ayant été laminées à froid avec une réduction de 25% par laminage à froid. Epaisseur Ecrouissage Direction LT Direction L [mm] [%] LEC RT LEC RT [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] 10 25 331 421 361 407 20 25 337 422 381 420 25 25 329 412 376 413 45 25 331 403 358 391 Exemple 3 Le présent exemple concerne des tôles d'alliage d'aluminium de 38 mm d'épaisseur selon la présente invention, en particulier la forme préférée de réalisation de l'alliage AA5059 fabriqué en utilisant le procédé et la composition chimique de l'Exemple 1 avec une réduction de 25% par laminage à froid. Chacune de ces tôles a fait l'objet d'un test de ses propriétés balistiques en fonction de l'ampleur de l'écrouissage, au moyen d'un laminage à froid et ont été comparées avec la tôle de blindage équivalente en AA5083-H131 et avec l'équivalent AA7039-T64. Deux essais balistiques ont été réalisés, à savoir un essai de perforation de blindage à l'aide de projectiles de 6,72 mm (0,3") conformément à la spécification MIL-DTL-46 027 J de septembre 1998, et à l'aide de projectiles de simulation de fragments de 20 mm conformément à la spécification MIL-DTL-46 027 J de septembre 1998. Au cours des deux essais, la limite V50 en mis est déterminée. Les essais portant sur l'alliage AA7039 ont été réalisés conformément à la spécification MIL-DTL-46 063 H de septembre 1998. La limite V50 ou la valeur v50 est définie comme moyenne arithmétique des 2(3) vitesses les plus basses de projectiles donnant une pénétration complète et des 2(3) vitesses les plus grandes donnant une pénétration partielle. 2(3) signifie deux sur trois. Ces vitesses doivent être de l'ordre de 18,3 (27,4) mis (MIL-DTL-46 027 J(MR)). Les résultats sont détaillés sur le Tableau 3 et le Tableau 4.

Tableau 3. Limite V50 (en mis) de l'alliage AA5059 en fonction de l'ampleur de l'écrouissage pour l'alliage AA5059 par rapport à la norme AA5083-H131. L'ampleur de l'écrouissage pour l'alliage AA5083-H131 n'a pas été modifiée au cours des essais. Ampleur de 0,3 APM2 PSF 20 mm l'écrouissage pour AA5059 AA5083- AA5059 AA5083- AA5059 H131 H131 mesurée amélioration mesurée amélioration 20% 716 764 + 6,5% 724 789 + 8% 25% 716 761 + 6,3% 724 797 + 10% 30% 716 766 + 7% 724 799 + 10,3% Tableau 4. Limite V50 (en mis) de l'alliage AA5059 en fonction de l'ampleur de l'écrouissage pour l'alliage AA5059 par rapport à la norme AA7039-T64. L'ampleur de l'écrouissage pour l'alliage AA5083-H131 n'a pas été modifiée au cours des essais. Ampleur de 0,3 APM2 PSF 20 mm l'écrouissage pour AA5059 AA7039- AA5059 AA7039- AA5059 T64 T64 mesurée amélioration mesurée amélioration 20% 805 763 - 4,9% 793 789 - 0,5% 25% 805 761 - 5,4% 793 797 + 0,5% 30% 805 766 - 4,8% 793 799 + 0,7% D'après les résultats du Tableau 3, on peut constater que la tôle selon la présente invention présente dans les deux types d'essais une forte amélioration des propriétés balistiques en comparaison de son équivalent AA5083-H131. En outre, d'après les résultats du Tableau 4, on peut constater que la tôle selon la présente invention présente des performances légèrement inférieures pour les essais APM2 mais des performances comparables lors de l'essai de PSF en comparaison de son équivalent AA7039-T64.

Exemple 4 Le Rendement Massique a été calculé pour l'alliage selon la présente invention et pour AA7039-T64 et a été normalisé suivant un alliage AA5083-H131 pour une menace de PSF de 20 mm à obliquité de 0 degré à trois différentes vitesses V50 (ft/s). Le sigle "PSF" signifie projectiles simulant des fragments. Les résultats sont détaillés sur le Tableau 5. L'alliage selon la présente invention avait une composition conforme aux limites de AA5059 comme dans le cas de l'alliage de l'Exemple 1 et avait été laminé à froid pour une réduction de 25% sans aucun autre traitement thermique. Tableau S. Rendement Massique Em5083 (normalisé suivant 5083-H131), menace de PSF de 20 mm à obliquité de 0 degré pour trois vitesses V50. 1550 ft/s 2567 ft/s 3551 ft/s AA5083-H131 1 1 1 AA7039-T64 0,97 1,05 1,05 AA5059 1,06 1,07 1,09 D'après les résultats du Tableau 5, on peut constater que pour toutes les vitesses V50, l'alliage selon la présente invention a un Rendement Massique qui surpasse celui des deux tôles de blindage AA5083-H131 et AA7039-T64 selon la technique antérieure.

Exemple 5 Pour une tôle d'une épaisseur finale de 19 mm ou plus, les exigences de qualification de tôle de blindage en ce qui concerne la résistance à la corrosion sous contraintes mesurée suivant ASTM G39 en utilisant des circlips concernent : AA5083-H131 96 heures (4 jours) à un niveau de contraintes de 207 MPa.

AA7039-T64 96 heures (4 jours) à un niveau de contraintes de 242 MPa. Des tôles d'alliage à composition similaire à celle de l'alliage de l'Exemple 1 ont été fabriquées à une échelle industrielle comme dans l'Exemple 1 de façon que l'épaisseur finale de la tôle soit de 38 mm et que la tôle ait une réduction de 25% par laminage à froid.

Six échantillons ont été testés suivant ASTM G39 et tous les spécimens ont été exposés pendant 1000 heures (45 jours) sans formation d'aucune fissure à un niveau de contrainte de 242 MPa. Ainsi, aucune corrosion sous contrainte ne s'est produite.

Six échantillons de 8 mm (3 pris sur la face extérieure de la tôle et 3 pris au coeur de la tôle) du même lot ont également été testés suivant ASTM G39-90 (échantillons soumis à des charges en quatre points). La limite élastique conventionnelle dans la direction LT de la tôle d'alliage était de 365 MPa et la charge appliquée a été par conséquent de 292 MPa. Après 1000 heures (45 jours) d'essai, aucune fissure n'est apparue dans l'un quelconque des spécimens. Ces résultats démontrent que la tôle d'alliage selon la présente invention a une résistance bien meilleure à la corrosion sous contraintes mesurée conformément à ASTM G39 que ces équivalents AA5083 et AA7039, et, jointe à la très bonne soudabilité, font du produit en alliage un candidat favorisé pour des applications dans des tôles de blindage.

Exemple 6 De la tôle AA5059 selon la présente forme de réalisation et ayant été laminée à froid avec une réduction de 25% a été testée en comparaison du même alliage AA5059 et de la trempe H321 que dans la description du document US-6 238 495-B2 et le document US-6 342 113-B2, ainsi que en référence à son équivalent AA5083-H131 pour la limite V50 avec des projectiles de simulation de fragments de 20 mm à 0 degré d'obliquité conformément à MIL-DTL-46 027 J de septembre 1998. L'alliage AA5059-H321 a démontré une amélioration de 2% de la limite V50 en comparaison de l'équivalent AA5083-H131, tandis que la tôle d'alliage selon la présente invention a présenté une amélioration de 5% de la limite V50. Ces résultats confirment que la tôle d'alliage selon la présente invention surpasse son équivalent AA5083-H131, mais montre également une nette amélioration par rapport au même alliage AA5059 à trempe H321 couramment employé en construction navale.

Claims (24)

REVENDICATIONS

1. Tôle d'alliage d'aluminium à résistance améliorée à la frappe par des projectiles à énergie cinétique, la tôle ayant une épaisseur de 10 mm ou plus et l'alliage d'aluminium ayant une composition chimique comprenant, en pourcentage de poids : 15 autres éléments et impuretés inévitables, chacun < 0,05, total < 0,20, le reste étant de l'aluminium, 20 et laquelle tôle a une amélioration d'au moins 5% de la limite V50 en comparaison d'un équivalent AA5083-H131, mesurée à l'aide de l'essai 30 AMP2 suivant MIL-DTL-46 027 J de septembre 1998.

2. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 1, laquelle tôle a une amélioration d'au moins 6% de la limite V50 en comparaison d'un équivalent 25 AA5083-H131, mesurée à l'aide de l'essai 30 AMP2 suivant MIL-DTL-46 027 J de septembre 1998.

3. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 1, laquelle tôle a une amélioration d'au moins 5% de son Rendement Massique en comparaison de l'équivalent AA5083-H131, et de préférence une amélioration d'au moins 6%. 30

4. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 1, laquelle tôle a une limite élastique conventionnelle d'au moins environ 330 MPa, et de préférence d'au moins environ 350 MPa.

5. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 1, dans laquelle la proportion de Mg est de 5,0 à 5,7%. 19 Mg 4,95 à 6,0 Mn 0,45 à 1,4 Zn 0,9 maxi Zr < 0,3 Cr < 0,3 Sc < 0,5 Ti < 0,3 Fe < 0,5 Si < 0,45 Ag < 0,4 Cu < 0,25

6. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 1, dans laquelle la proportion de Mn est de 0,65 à 1,2%.

7. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 1, dans laquelle la proportion de Zn est de 0,20 à 0,90%, et de préférence de 0, 35 à 0,70%.

8. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 1, dans laquelle la proportion de Zr est de 0,05 à 0,25%.

9. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 1, dans laquelle la proportion de Cr est de 0,08 à 0,25% et la proportion de Ti est de 0,1 à 0,2%.

10. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 1, dans laquelle la proportion de Sc est de 0,05 à 0,3%.

11. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 1, dans laquelle la composition chimique est conforme aux limites de AA5059.

12. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 1, laquelle tôle a une épaisseur inférieure à 100 mm, et de préférence de 15 à 75 mm.

13. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 1, le produit en tôle d'alliage étant obtenu par un procédé de fabrication comprenant une coulée, un préchauffage et/ou une homogénéisation, un laminage à chaud et un écrouissage du produit en tôle d'alliage à l'aide d'une opération d'écrouissage choisie parmi le groupe comprenant (i) un étirage de 3 à 18% et (ii) un laminage à froid avec une réduction totale de 15% à moins de 40% par laminage à froid.

14. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 13, dans laquelle l'opération d'écrouissage est constituée par un laminage à froid.

15. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 13, dans laquelle l'opération d'écrouissage consiste en un étirage.

16. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 13, dans laquelle l'écrouissage consiste en une combinaison d'étirage et de laminage à froid.

17. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 13, dans laquelle le laminage à froid est effectué avec une réduction par laminage à froid de 15% à moins de 35%, et de préférence de 22% à 32%.

18. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 13, dans laquelle l'opération d'étirage se fait à raison de 8 à 18%, et de préférence de 8 à 12%.

19. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 13, dans laquelle le procédé de fabrication de la tôle d'alliage dotée de son épaisseur définitive après l'écrouissage ne comporte pas d'autre traitement thermique, si bien qu'il n'y a sensiblement pas de récupération dans la tôle d'alliage.

20. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 1, l'alliage d'aluminium ayant la composition suivante, en pourcentage de poids : Mg 4,95 à 6,0 Mn 0,45 à 1,4 Zn < 0,9 Zr < 0,3 Cr < 0,3 Sc < 0,5 Ti < 0,3 Fe < 0,35 Si < 0,35 Ag < 0,4 Cu < 0,25 autres éléments et impuretés inévitables, chacun < 0,05, total < 0,20, le reste étant de l'aluminium.

21. Tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 1, dans laquelle l'alliage d'aluminium a la composition suivante, en pourcentage de poids : Mg 5,0 à 5,7 Mn 0,65 à 1,2 Zn 0,35 à 0,70 Zr 0,05 à 0,25 Cr < 0,3 Sc < 0,5, de préférence 0,05 à 0,5 Ti < 0,3 Fe < 0,35 Si < 0,35 Ag < 0,4 Cu < 0,25 autres éléments et impuretés inévitables, chacun < 0,05, total < 0,20, le reste étant de l'aluminium.

22. Procédé d'utilisation consistant à employer une tôle d'alliage d'aluminium selon la revendication 1 comme tôle de blindage sur un véhicule blindé.

23. Procédé d'utilisation selon la revendication 22, dans lequel l'alliage d'aluminium a une composition conforme aux limites de AA5059 et est soudé au véhicule blindé.

24. Véhicule comportant la tôle blindée selon la revendication 1.