FR3078917A1 - Piece hybride stratifiee aluminium-composite - Google Patents
Piece hybride stratifiee aluminium-composite Download PDFInfo
- Publication number
- FR3078917A1 FR3078917A1 FR1852262A FR1852262A FR3078917A1 FR 3078917 A1 FR3078917 A1 FR 3078917A1 FR 1852262 A FR1852262 A FR 1852262A FR 1852262 A FR1852262 A FR 1852262A FR 3078917 A1 FR3078917 A1 FR 3078917A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- aluminum
- aluminum alloy
- interest
- mass percentage
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 70
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 15
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 18
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 76
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 2
- 229910018566 Al—Si—Mg Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000007734 materials engineering Methods 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- ONCZDRURRATYFI-QTCHDTBASA-N methyl (2z)-2-methoxyimino-2-[2-[[(e)-1-[3-(trifluoromethyl)phenyl]ethylideneamino]oxymethyl]phenyl]acetate Chemical compound CO\N=C(/C(=O)OC)C1=CC=CC=C1CO\N=C(/C)C1=CC=CC(C(F)(F)F)=C1 ONCZDRURRATYFI-QTCHDTBASA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
- C22C21/08—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent with silicon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
L'invention porte sur une pièce hybride aluminium-composite comportant un empilement de couches formé d'une alternance de couches métalliques en alliage d'aluminium et de couches composites, caractérisé en ce qu'au moins l'une des couche est une couche métallique qui présente une épaisseur inférieure à 1 mm et est réalisée en un alliage d'aluminium, dit d'intérêt, de la famille 6xxx et comprenant un pourcentage massique de silicium compris entre 0,6% et 1,5%, et un pourcentage massique de magnésium compris entre 0,4% et 1,2%, le pourcentage massique du silicium étant supérieur à celui du magnésium. L'invention a également pour objets un élément de structure d'aéronef comportant au moins ladite pièce hybride aluminium-composite ainsi qu'un procédé de réalisation de ladite pièce hybride aluminium-composite tel qu'il comprend au moins une étape d'usinage d'au moins une couche réalisée en l'alliage d'aluminium d'intérêt, jusqu'à ce qu'elle présente une épaisseur inférieure à 1 mm.
Description
PIECE HYBRIDE STRATIFIEE ALUMINIUM-COMPOSITE
DOMAINE TECHNIQUE [ooi] Le domaine de l’invention est celui des pièces hybrides stratifiées aluminiumcomposite de type FML (pour Fiber Métal Laminate, en anglais), en particulier il peut s’agir de celles désignées par le terme générique GLARE (pour GLAss REinforced, en anglais) dans lesquelles le matériau composite est un mélange de résine et des fibres de renfort en verre.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE [002] La figure 1 illustre schématiquement un exemple de pièce hybride stratifiée 1 de type FML selon un exemple de l’art antérieur, comprenant un empilement de couches métalliques 2 en alliage d’aluminium entre lesquelles sont interposées des couches composites 3 formées d’un mélange d’une résine polymère et de fibres de renfort.
[003] Dans le cas des pièces hybrides stratifiées désignées sous le terme GLARE, les fibres de renfort sont alors des fibres de verre. De telles pièces hybrides stratifiées sont de plus en plus utilisées comme éléments de structure dans le domaine aéronautique, notamment au niveau de la peau du fuselage ou du bord d’attaque de l’empennage.
[004] L’article de RC. Alderliesten intitulé Fatigue of Fibre Métal Laminates, Reference Module in Materials Science and Materials Engineering, 2016, indique ainsi des exemples de différents types de pièces hybrides stratifiées de type GLARE. A titre d’exemple, une pièce hybride stratifiée de type GLARE3 comporte des couches métalliques en alliage d’aluminium 2024 à l’état métallurgique T3 présentant une épaisseur comprise entre 0,2mm et 0,5mm, entre lesquelles sont interposées des couches composites en résine époxy et fibres de verre.
[005] Il existe cependant un besoin de disposer de pièces hybrides stratifiées notamment de type GLARE présentant des propriétés améliorées et/ou susceptibles d’être réalisées à coûts réduits.
EXPOSÉ DE L’INVENTION [006] L’invention a pour objectif de remédier au moins en partie aux inconvénients de l’art antérieur, et plus particulièrement de proposer une pièce hybride stratifiée aluminium-composite présentant de meilleures propriétés ou caractéristiques mécaniques et susceptible d’être réalisée à coûts réduits. Pour cela, l’objet de l’invention est une pièce hybride aluminium-composite, comportant un empilement de couches formé d’une alternance de couches métalliques en alliage d’aluminium et de couches composites, caractérisé en ce qu’au moins l’une des couches est une couche métallique qui présente une épaisseur inférieure à 1 mm et est réalisée en un alliage d’aluminium, dit d’intérêt, de la famille 6xxx et comprenant un pourcentage massique de silicium compris entre o,6% et 1,5%, et un pourcentage massique de magnésium compris entre 0,4% et 1,2%, le pourcentage massique du silicium étant supérieur à celui du magnésium.
[007] On entend par « empilement de couches formé d’une alternance de couches métalliques en alliage d’aluminium et de couches composites » un empilement comprenant au minimum deux couches métalliques et une couche composite intercalée entre les deux couches métalliques ou deux couches composites et une couche métallique intercalée entre les deux couches composites.
[008] Certains aspects préférés mais non limitatifs de cette pièce hybride stratifiée sont les suivants. L’alliage d’aluminium d’intérêt de la pièce hybride aluminiumcomposite comprend préférentiellement un pourcentage massique de silicium compris entre 0,6% et 1,1%, et de préférence compris entre 0,6% et 1,0%, et de préférence encore compris entre 0,65% et 0,9%, et/ou un pourcentage massique de magnésium compris entre 0,4% et 0,8%, et de préférence compris entre 0,5% et 0,7%.
[009] L’alliage d’aluminium d’intérêt comprend avantageusement un pourcentage massique de cuivre compris entre 0,01% et 0,9%, et/ou un pourcentage massique de manganèse compris entre 0,02% et 0,8%.
[0010] Dans un mode de réalisation, l’alliage d’aluminium d’intérêt peut être désigné parmi les séries 6011, 6111, 6005, 6010, et 6022, et de préférence peut être désigné tel qu’un alliage de la série 6111.
[ooii] Dans un autre mode de réalisation compatible avec l’un quelconque des modes précédents, l’alliage d’aluminium d’intérêt comprend, en outre, un pourcentage massique de fer compris entre o% et 0,5%, et/ou un pourcentage massique de chrome compris entre 0% et 0,3%, et/ou, un pourcentage massique de zinc compris entre 0% et 1,5%, et/ou un pourcentage massique de titane compris entre 0% et 0,2%.
[0012] Avantageusement, la couche en l’alliage d’aluminium d’intérêt est à l’état métallurgique T4.
[ooi3] Préférentiellement, l’épaisseur de la couche en l’alliage d’aluminium d’intérêt est comprise entre 0,05 mm et 0,9 mm, voire même comprise entre 0,3 mm et 0,6 mm, ou encore égale à 0,45 mm. Dans un mode de réalisation alternatif, l’épaisseur de la couche en l’alliage d’aluminium d’intérêt est comprise entre 0,05 mm et 0,9 mm, préférentiellement comprise entre 0,7 et 0,9 mm, ou encore égale à environ 0,8 mm.
[0014] Dans un mode de réalisation préféré, toutes les couches métalliques présentent une épaisseur inférieure à 1 mm et sont réalisées en l’alliage d’aluminium d’intérêt.
[ooi5] L’invention a également pour objet un élément de structure d’aéronef comportant au moins une pièce hybride aluminium-composite telle que précédemment décrite.
[0016] Un autre objet de l’invention est un procédé de réalisation d’une pièce hybride aluminium-composite comportant au moins une étape d’usinage d’au moins une couche réalisée en l’alliage d’aluminium d’intérêt, jusqu’à ce qu’elle présente une épaisseur inférieure à 1 mm.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS [ooi7] D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
la figure 1, déjà décrite, est une vue en perspective, schématique et partielle, d’une pièce hybride stratifiée selon un exemple de l’art antérieur ;
la figure 2A est une vue de dessus d’un exemple de pièce hybride stratifiée selon un mode de réalisation, formant une éprouvette pour des tests de comportement en fatigue, et la figure 2B est un graphe illustrant l’évolution de la longueur d’une fissure en fonction du nombre de cycles, pour différentes éprouvettes.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS [0018] Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l’échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux. Sauf indication contraire, les termes « sensiblement », « environ », « de l’ordre de » signifient à io% près. Par ailleurs, l’expression « comportant un » doit être comprise comme « comportant au moins un », sauf indication contraire.
[ooi9] De plus, les indications relatives à la composition chimique des alliages sont exprimées en pourcentage massique basé sur la masse totale de l’alliage. La désignation des alliages suit les instructions de The Aluminium Association, telles que décrites notamment dans le document intitulé International Alloy Désignations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminium and Wrough Aluminium Alloys et révisé en janvier 2015. Par ailleurs, les états métallurgiques sont tels que définis par la norme européenne EN 515 (1993).
[0020] L’invention porte sur une pièce hybride stratifiée de type FML à couches métalliques en alliage d’aluminium. La pièce est dite stratifiée dans la mesure où elle est formée d’un empilement de différentes couches. Elle est dite hybride dans la mesure où elle comporte au moins un matériau métallique en alliage d’aluminium et au moins un matériau composite. Le matériau composite est composé d’une résine, par exemple une résine polymère, et de fibres de renfort telles que notamment des fibres de verres.
[0021] Ainsi, la pièce hybride stratifiée est formée d’un empilement de différentes couches formant préférentiellement une alternance de N couches métalliques et de N-i couches composites de sorte qu’une couche composite est intercalée entre deux couches métalliques, avec N de préférence supérieur ou égal à 3. Les couches métalliques peuvent être également appelées tôles métalliques.
[0022] Au moins l’une des couches métalliques de la pièce hybride stratifiée, et de préférence toutes ses couches métalliques, présente une épaisseur inférieure à imm, et est réalisée en un alliage d’aluminium dit d’intérêt de la famille 6xxx.
[0023] D’une manière générale, la famille 6xxx, selon la terminologie de The Aluminium Association, est une famille d’alliages d’aluminium de type Al-Si-Mg, c’est-à-dire que les principaux éléments d’alliage ajoutés à raluminium sont le silicium et le magnésium.
[0024] L’alliage d’aluminium d’intérêt comprend un pourcentage massique de silicium compris entre 0,6% et 1,5% et un pourcentage massique de magnésium compris entre 0,4% et 1,2%. De plus, le pourcentage massique du silicium est supérieur à celui du magnésium. Par supérieur ou inférieur, on entend supérieur strictement, ou inférieur strictement. De plus, lorsqu’un pourcentage massique est compris dans une gamme, les bornes de la gamme sont incluses.
[0025] De préférence, l’alliage d’aluminium d’intérêt comprend un pourcentage massique de silicium compris entre 0,6% et 1,1%, et de préférence compris entre 0,6% et 1,0%, et de préférence encore compris entre 0,65% et 0,9%. Il comprend, de préférence, un pourcentage massique de magnésium compris entre 0,4% et 0,8%, et de préférence compris entre 0,5% et 0,7%, plus préférentiellement encore entre 0,6 et 0,7%.
[0026] De préférence, l’alliage d’aluminium d’intérêt comprend un pourcentage massique de cuivre compris entre 0,01% et 0,9%, et de préférence compris entre 0,4% et 0,8%, et de préférence encore compris entre 0,5% et 0,7%. Il peut comprendre un pourcentage massique de manganèse compris entre 0,02% et 0,8%, voire compris entre 0,05% et 0,5%, de préférence compris entre 0,1% et 0,35%, et de préférence encore compris entre 0,15% et 0,3%.
[0027] De préférence, l’alliage d’aluminium d’intérêt comprend un pourcentage massique de fer compris entre 0% et 0,5%, et de préférence au plus égal à 0,4%, un pourcentage massique de chrome compris entre o% et 0,3%, et de préférence au plus égal à 0,04%, et de préférence au plus égal à 0,03%, un pourcentage massique de zinc compris entre 0% et 1,5%, et de préférence au plus égal à 0,15%, préférentiellement inférieur à 0,05% et un pourcentage massique de titane compris entre 0% et 0,2%, et de préférence au plus égal à 0,05%, et de préférence au plus égal à 0,03%.
[0028] De préférence, l’alliage d’aluminium d’intérêt peut être désigné parmi les séries 6011, 6111, 6005, 6010 et 6022. De préférence, il peut être désigné comme étant un alliage d’aluminium du type 6111, c’est-à-dire que les pourcentages massiques des éléments d’alliage sont (o,6-i,i)Si et (o,5-i,o)Mg, et que le pourcentage massique du silicium est supérieur à celui du magnésium. L’alliage 6111 comporte notamment des éléments d’addition suivants (o,5-o,9)Cu et (0,10o,45)Mn, et peut comporter au plus 0,40% en poids de fer, au plus 0,10% en poids de chrome, au plus 0,15% en poids de zinc, et au plus 0,10% en poids de titane.
[0029] D’une manière générale, la famille 6xxx est une famille d’alliages d’aluminium à traitement thermique, au même titre que les alliages des familles 2xxx et 7xxx. Un alliage à traitement thermique est défini, pour l’aluminium, par la norme EN 12258-1 (2012) comme étant un alliage qui peut être durci par un traitement thermique approprié. L’alliage d’aluminium d’intérêt peut notamment être à l’état métallurgique T6, c’est-à-dire qu’il a subi un traitement thermique permettant d’améliorer ses propriétés mécaniques. Plus précisément, l’alliage d’aluminium d’intérêt à l’état T6 a subi des étapes de mise en solution, de trempe, puis de revenu. Il peut également être à l’état métallurgique T4, c’est-à-dire qu’il a subi des étapes de mise en solution, de trempe et de maturation à température ambiante.
[0030] La ou les couches métalliques en l’alliage d’aluminium d’intérêt présentent une épaisseur, de préférence uniforme, inférieure à imm, c’est-à-dire strictement inférieure à imm. L’épaisseur est la dimension suivant un axe orthogonal au plan formé par les dimensions de longueur et de largeur d’une couche. Ainsi, l’épaisseur est avantageusement inférieure ou égale à 0,9mm, de préférence inférieure ou égale à 0,8mm, de préférence inférieure ou égale à 0,7mm, de préférence inférieure ou égale à 0,6mm, de préférence inférieure ou égale à 0,5mm. L’épaisseur est avantageusement supérieure ou égale à une valeur basse de 0,05mm et est de préférence supérieure ou égale à 0,1mm, de préférence supérieure ou égale à 0,2mm, de préférence supérieure ou égale à 0,3mm, de préférence supérieure ou égale à 0,4mm.
[0031] L’épaisseur peut, de plus, être comprise entre 0,05mm et 0,9mm, de préférence comprise entre 0,1mm et 0,8mm, de préférence comprise entre 0,2mm et 0,7mm, de préférence comprise entre 0,3mm et 0,6mm, de préférence comprise entre 0,4mm et 0,5mm. L’épaisseur de la ou des couches métalliques en l’alliage d’aluminium d’intérêt est avantageusement égale à 0,45mm environ.
[0032] Dans un mode de réalisation alternatif, l’épaisseur peut, de plus, être comprise entre 0,6mm et 0,9mm, de préférence comprise entre 0,7mm et 0,9mm, et avantageusement égale à 0,8mm environ.
[0033] Ainsi, une ou plusieurs couches métalliques de la pièce hybride stratifiée sont réalisées en l’alliage d’aluminium d’intérêt. Les autres couches métalliques peuvent éventuellement être réalisées en d’autres alliages d’aluminium, par exemple en l’alliage d’aluminium 2024-T3, d’une épaisseur par exemple comprise entre 0,2 et 0,5mm, par exemple 0,4mm, comme c’est le cas par exemple dans les pièces GLARE de nuance 3 (cf. publication d’Alderliesten 2016 mentionnée précédemment). De préférence, toutes les couches métalliques de la pièce hybride stratifiée sont réalisées en l’alliage d’aluminium d’intérêt, notamment en un alliage d’aluminium du type 6111 pour lequel le pourcentage massique de silicium est supérieur à celui du magnésium, préférentiellement l’alliage d’aluminium est à l’état métallurgique T6 ou, plus préférentiellement encore à l’état métallurgique T4, et présentent une même épaisseur inférieure à imm, préférentiellement une épaisseur comprise entre 0,4 et 0,5mm, typiquement une épaisseur égale à 0,45mm.
[0034] La pièce hybride stratifiée comporte au moins une couche composite préférentiellement formée d’un mélange de résine d’imprégnation, par exemple une résine époxy, et de fibres de renfort. Chaque couche composite peut être formée d’une unique couche, voire de plusieurs sous-couches, ou nappes pré-imprégnées, dans lesquelles les fibres, préférentiellement de type fibres de renfort, sont orientées toutes dans la même direction ou, au contraire, dans des directions différentes. Ainsi, chaque couche composite peut comporter une première nappe pré-imprégnée unidirectionnelle dans laquelle les fibres, préférentiellement de type fibres de renfort, sont orientées suivant un axe longitudinal de la pièce hybride stratifiée, par exemple l’axe de laminage, et une deuxième nappe pré-imprégnée unidirectionnelle dans laquelle les fibres, préférentiellement de type fibres de verre, sont orientées dans une autre direction, par exemple de manière orthogonale à l’axe longitudinal. Dans un mode de réalisation avantageux, toutes fibres de renfort sont orientées dans la même direction, avantageusement selon l’axe longitudinal de la pièce hybride stratifiée.
[0035] La pièce hybride stratifiée présente une épaisseur totale qui dépend de son application. Ainsi, dans le cadre d’une utilisation comme élément de structure d’un aéronef, l’épaisseur totale peut être de l’ordre de quelques millimètres à quelques dizaines de millimètres. Elle peut ainsi être égale à 2mm environ lorsque la pièce hybride stratifiée forme une peau de fuselage. Elle peut être de l’ordre de 20mm dans le cas d’un élément de renfort d’une porte d’aéronef, voire dans le cas d’un élément de voilure. L’épaisseur peut être uniforme ou peut varier localement, par exemple en comportant un nombre de couches et/ou de tôles métalliques localement plus ou moins important.
[0036] Selon la norme EN 12258-1 (2012), un élément de structure, également appelé élément structural, est une pièce mécanique pour laquelle les propriétés mécaniques statiques et/ou dynamiques sont particulièrement importantes pour les performances de la structure et pour laquelle un calcul de structure est généralement réalisé. Dans le domaine aéronautique, il peut s’agir d’un élément de fuselage, comme la peau de fuselage, des rails de plancher ou de sièges, voire un élément des portes ou encore un élément de voilure, plus particulièrement un élément d’intrados ou d’extrados de voilure.
[0037] Les couches métalliques en l’alliage d’aluminium d’intérêt présentant l’épaisseur désirée inférieure à imm peuvent être réalisées par exemple par laminage et/ou par usinage à partir de couches métalliques d’épaisseur initialement supérieure, par exemple égale à 2,5 mm. Selon un premier mode de réalisation, les couches métalliques sont laminées à chaud puis à froid jusqu’à leur épaisseur finale. Selon un autre mode de réalisation, les tôles sont optionnellement laminées à chaud et/ou à froid, et usinées sur l’une ou les deux faces principales jusqu’à leur épaisseur finale.
[0038] Habituellement, une pièce hybride stratifiée aluminium-composite de type GLARE3 selon l’art antérieur est formée de couches métalliques en alliage d’aluminium 2024 à l’état métallurgique T3 et d’épaisseur pouvant être égale à 0,4mm. La présence d’au moins une couche métallique en l’alliage d’aluminium d’intérêt et, de préférence, du type 6111 à l’état T6 ou à l’état T4, permet de réaliser une pièce hybride stratifiée plus légère qu’une pièce de type GLARE3, à volume de couches métalliques équivalent, dans la mesure où l’alliage d’aluminium d’intérêt du type 6111 présente une masse volumique inférieure à celle de l’alliage 2024.
[0039] De plus, les inventeurs ont constaté qu’une pièce hybride stratifiée comportant des couches métalliques en alliage d’aluminium d’intérêt présente des propriétés en fatigue améliorées, notamment les propriétés en fatigue sous spectre, lorsque l’épaisseur des couches métalliques est inférieure à imm. A ce titre, comme décrit plus loin, une telle pièce hybride stratifiée à couches métalliques en l’alliage d’aluminium d’intérêt du type 6111-T4 d’une épaisseur de 0,45mm présente des propriétés de résistance en fatigue sous spectre supérieure à une même pièce hybride stratifiée à couches métalliques en le même alliage d’aluminium d’intérêt du type 6111-T4 mais d’une épaisseur égale à imm. Ainsi, à mesure que l’épaisseur des couches métalliques en l’alliage d’aluminium d’intérêt est diminuée, les propriétés de résistance en fatigue sont améliorées et, plus précisément, la résistance à la propagation des fissures en fatigue.
[0040] Il apparaît d’ailleurs, de manière surprenante, qu’une pièce hybride stratifiée comportant des couches métalliques en alliage d’aluminium d’intérêt du type 6111T4 d’une épaisseur égale à 0,45mm environ présente des propriétés en fatigue équivalentes, voire identiques, à une pièce hybride stratifiée pour laquelle les couches métalliques sont en alliage 2024-T3 d’épaisseur plus faible, par exemple égale à 0,4mm environ.
[0041] Aussi, il apparaît qu’une pièce hybride stratifiée dont les couches métalliques sont en alliage d’aluminium d’intérêt du type 6111-T4 d’une épaisseur de 0,45mm environ, au lieu d’être en alliage 2024-T3 d’une épaisseur de 0,4mm comme c’est le cas des pièces hybrides stratifiées de type GLARE3, présente une plus grande légèreté du fait de la densité plus faible de l’alliage d’aluminium d’intérêt du type 6111, des propriétés mécaniques en fatigue similaires, et des coûts diminués associés à sa fabrication.
[0042] A cet égard, il est en effet possible, pour une même épaisseur totale de la pièce hybride stratifiée et à propriétés en fatigue équivalentes, d’utiliser moins de couches métalliques. Cela se traduit alors par une diminution du nombre de couches métalliques nécessaires, réduisant ainsi, d’une part les coûts associés à la réalisation des différentes couches métalliques, et d’autre part le temps et les efforts de manipulation des différentes couches, et donc les coûts associés, lors de la phase d’empilement de couches du procédé de fabrication de la pièce hybride stratifiée.
[0043] La figure 2A est une vue de dessus d’une pièce hybride stratifiée formant une éprouvette pour des essais du comportement en fatigue sous spectre, et la figure 2B est un graphe illustrant l’évolution de la longueur ‘a’ d’une fissure en fonction du nombre n de cycles, pour différentes pièces hybrides stratifiées.
[0044] Les différentes pièces hybrides stratifiées sont ici des éprouvettes formées d’une alternance de 3 couches métalliques en alliage d’aluminium et de 2 couches composites en fibres de verre imprégnées d’une résine époxy. Elles diffèrent entre elles par le type d’alliage d’aluminium et l’épaisseur des couches métalliques.
[0045] Ainsi, une première éprouvette de référence El comporte des couches métalliques en alliage 2024 à l’état T3 et d’épaisseur égale à 0,4mm. Une deuxième éprouvette E2 comporte des couches métalliques en l’alliage d’aluminium d’intérêt du type 6111 à l’état T4 et d’épaisseur égale à 0,45mm, et une troisième éprouvette E3 comporte des couches métalliques en l’alliage d’aluminium d’intérêt du type 6111 à l’état T4 et d’épaisseur imm. Les couches métalliques en l’alliage d’aluminium d’intérêt du type 6111 des éprouvettes E2 et E3 sont obtenues par laminage à chaud jusqu’à 4mm puis i) laminées à froid jusqu’à 1 mm pour l’éprouvette en pièce hybride aluminium-composite E3 ou ii) laminées à froid jusqu’à 2,5mm et usinées jusqu’à 0,45mm pour l’éprouvette en pièce hybride aluminium-composite E2. En variante, la pièce hybride aluminium-composite E2 pourrait être obtenue par laminage directement jusqu’à 0,45mm, sans passer nécessairement par une étape d’usinage.
[0046] En référence à la fig. 2A, les différentes éprouvettes présentent une largeur W=i4omm et une longueur L=58omm. Les éprouvettes sont de type DCCT, c’est-àdire que deux préfissures ont été réalisées par chargement en fatigue et disposées suivant l’axe longitudinal, en accord avec les recommandations de la norme ASTM E647 (2013) intitulée Measurement offatigue crack growth rates da/dN. Chaque préfissure est positionnée à une distance Lo=22omm à partir d’une extrémité longitudinale et présente une forme circulaire d’un diamètre 2b de 3mm avec deux entailles latérales de sorte que la fissure présente une largeur initiale 2a de 5mm suivant l’axe transversal.
[0047] Les tests de propagation de fissure en fatigue à température ambiante ont été réalisés en conformité avec la norme ASTM E647 (2013). Les éprouvettes sont soumises à un spectre mini-twist normalisé (H. Lowak et al. « MINITWIST - A shartened version of TWIST (Transport Wing Standard load computer programme) », NLR MP 79018 U, 1979). Les tests sont effectués jusqu’à ce que l’une des deux conditions suivantes soit atteinte, parmi une longueur de fissure égale à 40mm et un nombre de cycles égal à 150000.
[0048] En référence à la fig.2B, l’éprouvette E2 (deux éprouvettes E2 identiques ont été testées et sont représentées sur le graphe) à couches métalliques en l’alliage d’aluminium d’intérêt du type 6111 d’épaisseur égale à 0,45mm présente un meilleur comportement en fatigue par rapport à l’éprouvette E3 pour laquelle les couches métalliques en l’alliage d’aluminium d’intérêt du type 6111 présentent une épaisseur de imm. En effet, l’éprouvette E2 présente une vitesse de croissance da/dn inférieure à celle de l’éprouvette E3. De plus, il apparaît de manière surprenante que le comportement en fatigue de l’éprouvette E2, donc à couches métalliques en l’alliage d’aluminium d’intérêt du type 6111 d’épaisseur égale à 0,45mm, est similaire ou équivalent à celui de l’éprouvette El à couches métalliques en alliage 2024 d’épaisseur égale à 0,4mm.
[0049] Aussi, il est donc particulièrement avantageux que la pièce hybride stratifiée selon un mode de réalisation comporte ses couches métalliques en l’alliage d’aluminium d’intérêt du type 6111 à l’état T4, voire à l’état T6, et d’épaisseur inférieure à imm, par exemple égale à 0,45mm. En effet, on obtient une pièce dont le comportement en fatigue sous spectre est identique à celui d’une pièce à couches métalliques en alliage 2024 à l’état T3 et d’épaisseur égale à 0,4mm. Comme mentionné précédemment, la pièce hybride stratifiée est alors plus légère, présente une très bonne résistance à la fatigue et peut être réalisée à des coûts de fabrication réduits.
[0050] Des modes de réalisation particuliers viennent d’être décrits. Différentes variantes et modifications apparaîtront à l’homme du métier.
Claims (12)
- REVENDICATIONS1. Pièce hybride aluminium-composite, comportant un empilement de couches formé d’une alternance de couches métalliques en alliage d’aluminium et de couches composites, caractérisé en ce qu’au moins l’une des couches est une couche métalliques présentant une épaisseur inférieure à 1 mm et est réalisée en un alliage d’aluminium, dit d’intérêt, de la famille 6xxx et comprenant un pourcentage massique de silicium compris entre o,6% et 1,5%, et un pourcentage massique de magnésium compris entre 0,4% et 1,2%, le pourcentage massique du silicium étant supérieur à celui du magnésium.
- 2. Pièce hybride aluminium-composite selon la revendication 1, dans lequel l’alliage d’aluminium d’intérêt comprend un pourcentage massique de silicium compris entre 0,6% et 1,1%, et de préférence compris entre 0,6% et 1,0%, et de préférence encore compris entre 0,65% et 0,9%, et/ou un pourcentage massique de magnésium compris entre 0,4% et 0,8%, et de préférence compris entre 0,5% et 0,7%.
- 3. Pièce hybride aluminium-composite selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’alliage d’aluminium d’intérêt comprend un pourcentage massique de cuivre compris entre 0,01% et 0,9%, et/ou un pourcentage massique de manganèse compris entre 0,02% et 0,8%.
- 4. Pièce hybride aluminium-composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’alliage d’aluminium d’intérêt peut être désigné parmi les séries 6011, 6111, 6005, 6010, et 6022, et de préférence peut être désigné tel qu’un alliage de la série 6111.
- 5. Pièce hybride aluminium-composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’alliage d’aluminium d’intérêt comprend, en outre, un pourcentage massique de fer compris entre 0% et 0,5%, et/ou un pourcentage massique de chrome compris entre 0% et 0,3%, et/ou un pourcentage massique de zinc compris entre 0% et 1,5%, et/ou un pourcentage massique de titane compris entre 0% et 0,2%.
- 6. Pièce hybride aluminium-composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la couche en l’alliage d’aluminium d’intérêt est à l’état métallurgique T4.
- 7. Pièce hybride aluminium-composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’épaisseur de la couche en l’alliage d’aluminium d’intérêt est comprise entre 0,05 mm et 0,9 mm.
- 8. Pièce hybride aluminium-composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’épaisseur de la couche en l’alliage d’aluminium d’intérêt est comprise entre 0,3 mm et 0,6 mm.
- 9. Pièce hybride aluminium-composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’épaisseur de la couche en l’alliage d’aluminium d’intérêt est comprise entre 0,7 mm et 0,9 mm.
- 10. Pièce hybride aluminium-composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel toutes les couches métalliques présentent une épaisseur inférieure à 1 mm et sont réalisées en l’alliage d’aluminium d’intérêt.
- 11. Elément de structure d’aéronef comportant au moins une pièce hybride aluminium-composite selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- 12. Procédé de réalisation d’une pièce hybride aluminium-composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comportant au moins une étape d’usinage d’au moins une couche réalisée en l’alliage d’aluminium d’intérêt, jusqu’à ce qu’elle présente une épaisseur inférieure à 1 mm.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1852262A FR3078917B1 (fr) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | Piece hybride stratifiee aluminium-composite |
| EP19742416.1A EP3765284A1 (fr) | 2018-03-16 | 2019-03-15 | Piece hybride stratifiee aluminium-composite |
| PCT/FR2019/050580 WO2019186021A1 (fr) | 2018-03-16 | 2019-03-15 | Piece hybride stratifiee aluminium-composite |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1852262A FR3078917B1 (fr) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | Piece hybride stratifiee aluminium-composite |
| FR1852262 | 2018-03-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3078917A1 true FR3078917A1 (fr) | 2019-09-20 |
| FR3078917B1 FR3078917B1 (fr) | 2022-07-01 |
Family
ID=62684863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1852262A Active FR3078917B1 (fr) | 2018-03-16 | 2018-03-16 | Piece hybride stratifiee aluminium-composite |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3765284A1 (fr) |
| FR (1) | FR3078917B1 (fr) |
| WO (1) | WO2019186021A1 (fr) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2085215A1 (fr) * | 2008-01-29 | 2009-08-05 | GTM Holding B.V. | Stratifié de fibre métalliques grande résistance |
| WO2012074394A1 (fr) * | 2010-11-29 | 2012-06-07 | Gtm-Advanced Products B.V. | Stratifié composite renforcé par des fibres et des feuilles de métal |
| WO2013133976A1 (fr) * | 2012-03-07 | 2013-09-12 | Alcoa Inc. | Alliages d'aluminium de la série 6xxx améliorés et leurs procédés de production |
| WO2015183080A1 (fr) * | 2014-05-26 | 2015-12-03 | Gtm Advanced Products B.V. | Stratifié d'une feuille métallique et couche adhésive liée à celui-ci |
| WO2016012779A1 (fr) * | 2014-07-25 | 2016-01-28 | Muir Daniel Jefferson | Procédé de fabrication d'un panneau structural pour un ouvrage de génie civil |
-
2018
- 2018-03-16 FR FR1852262A patent/FR3078917B1/fr active Active
-
2019
- 2019-03-15 EP EP19742416.1A patent/EP3765284A1/fr active Pending
- 2019-03-15 WO PCT/FR2019/050580 patent/WO2019186021A1/fr active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2085215A1 (fr) * | 2008-01-29 | 2009-08-05 | GTM Holding B.V. | Stratifié de fibre métalliques grande résistance |
| WO2012074394A1 (fr) * | 2010-11-29 | 2012-06-07 | Gtm-Advanced Products B.V. | Stratifié composite renforcé par des fibres et des feuilles de métal |
| WO2013133976A1 (fr) * | 2012-03-07 | 2013-09-12 | Alcoa Inc. | Alliages d'aluminium de la série 6xxx améliorés et leurs procédés de production |
| WO2015183080A1 (fr) * | 2014-05-26 | 2015-12-03 | Gtm Advanced Products B.V. | Stratifié d'une feuille métallique et couche adhésive liée à celui-ci |
| WO2016012779A1 (fr) * | 2014-07-25 | 2016-01-28 | Muir Daniel Jefferson | Procédé de fabrication d'un panneau structural pour un ouvrage de génie civil |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2019186021A9 (fr) | 2019-11-28 |
| EP3765284A1 (fr) | 2021-01-20 |
| WO2019186021A1 (fr) | 2019-10-03 |
| FR3078917B1 (fr) | 2022-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1966402B1 (fr) | Tole en aluminium-cuivre-lithium a haute tenacite pour fuselage d'avion | |
| EP2449142B1 (fr) | Alliage aluminium cuivre lithium a resistance mecanique et tenacite ameliorees | |
| CA2931303C (fr) | Produit en alliage aluminium-cuivre-lithium pour element d'intrados a proprietes ameliorees | |
| EP1170118B1 (fr) | Tôles en alliage d'aluminium plaquées pour éléments de structure d'aéronefs | |
| FR2853666A1 (fr) | ALLIAGE Al-Zn A HAUTE RESISTANCE,PROCEDE DE PRODUCTION DE PRODUITS EN UN TEL ALLIAGE, ET PRODUITS OBTENUS SELON CE PROCEDE | |
| EP1114877A1 (fr) | Element de structure d'avion en alliage Al-Cu-Mg | |
| EP1544315B1 (fr) | Produit corroyé sous forme de tôle laminée et élément de structure pour aéronef en alliage Al-Zn-Cu-Mg | |
| EP3201370B1 (fr) | Produit corroye en alliage aluminium magnesium lithium | |
| CA2907854C (fr) | Toles minces en alliage d'aluminium-cuivre-lithium pour la fabrication de fuselages d'avion | |
| EP3384061B1 (fr) | Alliage aluminium cuivre lithium à resistance mécanique et tenacité ameliorées | |
| FR3068370A1 (fr) | Alliages al- zn-cu-mg et procede de fabrication | |
| EP1545871B1 (fr) | Feuilles composites stratifiees aluminium - fibres de verre | |
| CA2528614C (fr) | Produits en alliages al-zn-mg-cu a compromis caracteristiques mecaniques statiques/tolerance aux dommages ameliore | |
| CA2907807A1 (fr) | Toles en alliage d'aluminium-cuivre-lithium pour la fabrication de fuselages d'avion | |
| EP2917380A2 (fr) | Procede de fabrication d'un element de structure d'epaisseur variable pour construction aeronautique | |
| EP3411508B1 (fr) | Tôles épaisses en alliage al cu li à propriétés en fatigue améliorées | |
| FR3071513A1 (fr) | Alliages al-zn-cu-mg a haute resistance et procede de fabrication | |
| FR3078917A1 (fr) | Piece hybride stratifiee aluminium-composite | |
| EP3788178B1 (fr) | Alliage aluminium cuivre lithium a resistance en compression et tenacite ameliorees | |
| EP1544316A2 (fr) | Tôle épaisse en alliage Al-Zn-Cu-Mg recristallisée à faible teneur en Zr | |
| EP3802897B1 (fr) | Toles minces en alliage d'aluminium-cuivre-lithium pour la fabrication de fuselages d'avion | |
| FR3067620B1 (fr) | Toles minces en alliage d'aluminium-cuivre-lithium pour la fabrication de fuselage d'avion | |
| CA3163347A1 (fr) | Toles minces en alliage d'aluminium-cuivre-lithium a tenacite amelioree et procede de fabrication d'une tole mince en alliage d'aluminium-cuivre-lithium | |
| FR3026410A1 (fr) | Produit corroye en alliage aluminium magnesium lithium | |
| FR2892424A1 (fr) | Produit en alliage d'aluminium al-cu-mg corroye et procede de fabrication d'un tel produit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20190920 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |