WO2018189471A1 - Aluminium-copper-lithium alloy products - Google Patents

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WO2018189471A1
WO2018189471A1 PCT/FR2018/050886 FR2018050886W WO2018189471A1 WO 2018189471 A1 WO2018189471 A1 WO 2018189471A1 FR 2018050886 W FR2018050886 W FR 2018050886W WO 2018189471 A1 WO2018189471 A1 WO 2018189471A1
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Juliette CHEVY
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Constellium Issoire
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/12Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C21/12Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C21/12Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
    • C22C21/18Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with zinc
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/057Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with copper as the next major constituent

Definitions

  • the invention generally relates to wrought products of aluminum-copper-lithium alloys, and more particularly to such products in the form of profiles intended to produce stiffeners in aeronautical construction. State of the art
  • Aluminum alloys containing lithium are very interesting in this respect, since lithium can reduce the density of aluminum by 3% and increase the modulus of elasticity by 6% for each weight percent of lithium added.
  • their performance must reach that of commonly used alloys, in particular in terms of a compromise between the static mechanical strength properties (elastic limit, breaking strength) and the properties of damage tolerance ( toughness, resistance to the propagation of fatigue cracks), these properties being in general antinomic.
  • These alloys must also have sufficient corrosion resistance, be able to be shaped according to the usual methods and have low residual stresses so that they can be machined integrally.
  • Several Al-Cu-Li alloys are known for which an addition of silver is made.
  • No. 5,032,359 discloses a broad family of aluminum-copper-lithium alloys in which the addition of magnesium and silver, in particular between 0.3 and 0.5 percent by weight, makes it possible to increase the mechanical strength. These alloys are often known under the trade name "Weldalite TM”.
  • US Patent 5,198,045 discloses a family of Weldalite TM alloys comprising (in% by weight) (2,4-3,5) Cu (1,35-1,8) Li (0.25-0.65). Mg, (0.25-0.65) Ag, (0.08-0.25) Zr.
  • the Wrought products made with these alloys combine a density of less than 2.64 g / cm 3 and a compromise between strength and toughness of interest.
  • US Pat. No. 7,229,509 describes a family of Weldalite TM alloys comprising (in% by weight) (2.5-5.5) Cu, (0.1-2.5) Li, (0.2-1.0). Mg, (0.2-0.8) Ag, (0.2-0.8) Mn, (up to 0.4) Zr or other elements such as Cr, Ti, Hf, Se and V. Examples presented have a compromise between mechanical strength and improved toughness but their density is greater than 2.7 g / cm 3 .
  • Patent application WO2007 / 080267 discloses a Zirconium-free Weldalite TM alloy for fuselage plates comprising (in% by weight) (2, 1-2.8) Cu, (1, 1-1, 7) Li, (0.2-0.6) Mg, (0.1-0.8) Ag, (0.2-0.6) Mn.
  • AA2196 alloy comprising (in% by weight) (2.5-3.3) Cu, (1, 4-2.1) Li, (0.25-0.8) Mg, is also known. , 25-0.6) Ag, (0.04-0.18) Zr and at most 0.35 Mn.
  • a first subject of the invention is an aluminum-based alloy product comprising, in% by weight,
  • Li 1.6-2.2; preferentially 1.65-1.8;
  • Mg 0.4-0.9; preferentially 0.5-0.8;
  • Mn 0.2 - 0.6; preferably 0.3-0.6;
  • Zn ⁇ 0.4, preferably 0.05-0.4; more preferably 0.2-0.4;
  • Hf 0.01 - 0.5; preferably 0.02-0.1;
  • V 0.01-0.3, preferably 0.01-0.05;
  • a second object of the invention is a method of manufacturing a spun, rolled and / or forged product based on aluminum alloy comprising the steps:
  • the income is made so that said product has a conventional yield strength measured at 0.2% elongation in the direction L, R p o, 2 (L), of at least 510 MPa and a tenacity KQ (LT), in the LT direction, of at least 21
  • Yet another object of the invention is a structural element incorporating at least one product according to the invention.
  • FIG. 1 Shape of the profile W of the example (the term “shape” means the cross section of said profile). The dimensions are given in mm. The samples used for the mechanical characterizations were taken from the area indicated by the dots.
  • FIG. 2 Shape of the profile Z of the example (the term “shape” means the cross section of said profile). The dimensions are given in mm. The samples used for the mechanical characterizations were taken from the area indicated by the dots.
  • alloys are in accordance with the regulations of The Aluminum Association, known to those skilled in the art.
  • the density depends on the composition and is determined by calculation rather than by a method of measuring weight.
  • the values are calculated in accordance with the procedure of The Aluminum Association, which is described pages 2-12 and 2.13 of "Aluminum Standards and Data". The definitions of the metallurgical states are given in the European standard EN 5 15 (2009).
  • the static mechanical characteristics in other words the tensile strength R m , the conventional yield stress at 0.2% elongation R p o, 2 ("yield strength") and elongation at break A, are determined by a tensile test according to EN 10002-1 (2001), the sampling and the direction of the test being defined by EN 485-1 (2016).
  • the stress intensity factor (KQ) is determined according to ASTM E 399 (2012).
  • ASTM E 399 (2012) gives paragraphs 9. 1 .3 and 9.1.
  • criteria to determine if KQ is a valid Kic value Thus, a Kic value is always a KQ value, the reciprocal being not true.
  • the criteria of paragraphs 9.1 .3 and 9. 1 .4 of ASTM E399 (2012) are not always verified, however for a given specimen geometry, the KQ values presented are always comparable with each other, the geometry of the specimen making it possible to obtain a valid value of Kic not being always accessible taking into account the constraints related to the dimensions of the sheets or profiles.
  • the thickness of the profiles is defined according to EN 2066: 2001: the cross section is divided into elementary rectangles of dimensions A and B; A being always the largest dimension of the elementary rectangle and B can be considered as the thickness of the elementary rectangle.
  • a "structural element” or “structural element” of a mechanical construction is called a mechanical part for which the static and / or dynamic mechanical properties are particularly important for the performance of the structure, and for which a structural calculation is usually prescribed or realized.
  • These are typically elements whose failure is likely to endanger the safety of said construction, its users, its users or others.
  • these elements of These structures include the elements that make up the fuselage (such as fuselage skin (fuselage skin), stiffeners or stringers, bulkheads, circumferential frames, wings (such as wing skin), stiffeners (stiffeners), ribs (ribs) and spars) and empennage composed in particular of horizontal and vertical stabilizers (horizontal or vertical stabilizers), as well as the floor beams, the seat tracks and the doors.
  • fuselage such as fuselage skin (fuselage skin), stiffeners or stringers, bulkheads, circumferential frames, wings (such as wing skin), stiffeners (stiffeners), ribs (ribs) and spars
  • empennage composed in particular of horizontal and vertical stabilizers (horizontal or vertical stabilizers), as well as the floor beams, the seat tracks and the doors.
  • a selected class of aluminum alloys containing specific and critical levels of copper, lithium, magnesium, zinc, manganese and zirconium but essentially free of silver makes it possible to prepare products wrought with an improved compromise between toughness and strength compared to products containing essentially no money.
  • the present inventors have found that, surprisingly, it is possible for products to achieve a compromise at least equivalent between the static mechanical strength properties and the damage tolerance properties that that obtained with an aluminum-copper-lithium alloy containing silver, such as alloy AA2196, by carefully selecting the amounts of lithium, copper, magnesium, manganese, zinc and zirconium.
  • the copper content of the products according to the invention is between 2.5 and 3.4% by weight. In an advantageous embodiment of the invention, the copper content is at least 2.8 or preferably at least 2.9% by weight and / or at most 3.2 and preferably at most 3.1% by weight. weight.
  • the lithium content of the products according to the invention is between 1, 6 and 2.2% by weight.
  • the lithium content is between 1.65% and 1.8% by weight.
  • the lithium content is at most 1.75% by weight.
  • the magnesium content of the products according to the invention is between 0.4 and 0.9% by weight and preferably it is at least 0.5% by weight and more preferably still greater than 0.6%. in weight.
  • the magnesium content is from plus 0.8% by weight. The present inventors have found that when the magnesium content is less than 0.30% by weight the advantageous compromise between mechanical strength and damage tolerance is not achieved.
  • the manganese content of the products according to the invention is between 0.2 and 0.6% by weight and, preferably, it is at least 0.3% by weight and, more preferably still, at least 0.33% by weight and more preferably at least 0.4% by weight. In another embodiment, the manganese content is between 0.2 and 0.4% by weight, preferably between 0.25 and 0.35% by weight. The present inventors have found that when the manganese content is less than 0.2% by weight, the KQ (LT) toughness, in the LT direction, advantageous according to the invention is not obtained.
  • the zirconium content of the products according to the invention is between 0.08 and 0.18% by weight and, preferably, it is 0.12 to 0.16% by weight and more preferably 0% by weight. , 14 to 0.15% by weight. In another embodiment, the zirconium content is advantageously between 0.09 and 0.12% by weight, preferably between 0.09 and 0.11% by weight, and even between 0.09 and 0.10% by weight. in weight.
  • the zinc content is less than 0.4% by weight, preferably it is 0.05 and 0.35% by weight.
  • the zinc content is 0.2 to 0.3% by weight, which can contribute to achieving the desired compromise between toughness and strength.
  • the silver content is less than 0.15% by weight, preferably less than 0.10% by weight and more preferably less than 0.05% by weight.
  • the present inventors have found that the advantageous compromise between known mechanical strength and damage tolerance for alloys typically containing 0.2 to 0.4% by weight of silver can be obtained for alloys containing essentially no silver. with the composition selection made.
  • the sum of the iron content and the silicon content is at most 0.20% by weight.
  • the iron and silicon contents are each at most 0.08% by weight.
  • the iron and silicon contents are at most 0.06% and 0.04% by weight, respectively.
  • the alloy also contains at least one element that can contribute to controlling the grain size selected from Ti, Se, Cr, Hf and V, the content of the element, if selected, being from 0.01 to 0 15% by weight, preferably 0.01 to 0.05% by weight for Ti; from 0.01 to 0.15% by weight, preferably 0.02 to 0.1% by weight for Se; 0.01 to 0.5% by weight, preferably 0.02 to 0.1% by weight for Hf and from 0.01 to 0.3% by weight, preferably from 0.02 to 0.1% by weight for Cr and from 0.01 to 0.3% by weight, preferably 0.01 to 0.05% by weight for V.
  • the alloy according to the invention is particularly intended for the manufacture of rolled, spun and / or forged products and, more particularly, spun products.
  • the products according to the invention have a compromise between mechanical strength and particularly advantageous toughness.
  • the products according to the invention have a spun, solution, quenched, triturated and tempered state, especially for thicknesses up to 50 mm or between 8 and 50 mm, or even between 15 and 35 mm.
  • test pieces used for KQ measurements are CT type 20mm thick and 50mm wide.
  • the manufacturing process of the products according to the invention comprises stages of production, casting, rolling, extrusion and / or forging, dissolving, quenching, stripping and tempering.
  • a bath of liquid metal is produced so as to obtain an aluminum alloy of composition according to the invention.
  • the liquid metal bath is then cast in a crude form typically a rolling plate, an extrusion billet or a forging blank.
  • the crude form is then homogenized at a temperature between 450 ° C and 550 ° and preferably between 520 ° C and 530 ° C for a period of between 6 and 15 hours.
  • the raw form is optionally cooled to room temperature before being preheated to be hot deformed.
  • the hot deformation is carried out by rolling, extruding and / or forging so as to obtain a rolled product, spun and / or forged, preferably a spun product.
  • the product thus obtained is then dissolved by heat treatment at 490-550 ° C for 15 minutes to 8 hours, and then typically quenched with water at room temperature.
  • the product then undergoes controlled stress relief, preferably by traction, with a permanent deformation of 1 to 15% and preferably 2 to 4%.
  • the spun product exhibits at the end of the above-described process steps a thickness of up to 50 mm or between 8 and 50 mm, or even between 15 and 35 mm.
  • An income is achieved comprising heating at a temperature between 140 and 170 ° C for 5 to 70 hours so that said product has a conventional yield strength measured at 0.2% elongation in the L direction, R p o, 2 (L), of at least 510 MPa and a tenacity KQ (LT), in the LT direction, of at least 21 MPaVm and such that KQ (L-T)> -0.2667 * R p o, 2 (L) + 169.
  • the present inventors have found that the compromise between mechanical strength and toughness can be improved by producing the temperature at a temperature of between 150 and 165 ° C. for a time equivalent to t at 160 ° C. between 15 and 28h, preferably between 20 and 27h, 3 ⁇ 4 being defined by the formula: f exp (-16400 / T) dt
  • T in Kelvin
  • T re f is a reference temperature set at 433 K.
  • the spun product advantageously has a thickness, up to 50 mm or between 8 and 50 mm, or even between 15 and 35 mm.
  • an object of the invention is a structural element incorporating at least one product according to the invention or a product manufactured from a method according to the invention.
  • a structural element incorporating at least one product according to the invention or manufactured from such a product is advantageous, in particular for aeronautical construction.
  • the products according to the invention are particularly advantageous for the production of structural elements such as stiffeners or frames for the manufacture of intrados or extrados elements of aircraft wings, preferably stiffeners, longitudinal members and ribs, or also floor beams and seat rails.
  • Example 1 In this example, several billets (384 mm in diameter) of Al-Cu-Li alloy whose composition is given in Table 1 were cast (alloys 67, 74 a and b, 66, 68 and 69). The composition of two alloys of the prior art AA2196 has also been given in Table 1 below.
  • alloys 67, 74a and b, 66, 68 and 69 Fe and Si ⁇ 0.20% by weight and other elements less than 0.05% by weight each, o.i5% by total weight.
  • the alloy billets 67, 74a and b, 66, 68 and 69 were then homogenized from 8 to 10h at 524 ° C.
  • the billet alloy 2 was homogenized 8h at 500 ° C and 24h at 527 ° C while the alloy 5 was homogenized 8h at 520 ° C.
  • the billets were heated to 450 ° C. +/- 40 ° C. and then hot-spun to obtain profiles W according to FIG. 1 for the alloys 2, 67, 74 a and b, 66, 68 and 69 and Z according to Figure 2 for the alloys 5.
  • the profiles thus obtained were dissolved at 524 ° C, quenched and tractionned with a permanent elongation of between 2 and 5%.
  • the profiles were subjected to an income as indicated in Table 2: 30h at 152 ° C, 48h at 152 ° C, 30h at 160 ° C.
  • the income was made for 48h to 152 ° C.
  • the equivalent times t; at 160 ° C were calculated taking into account the rise time up to the income level and considering a rise speed of 20 ° C / h.
  • Samples taken at the end of the profile were tested to determine their static mechanical properties as well as their toughness (KQ).
  • the location of the samples is indicated in dashed lines in FIGS. 1 and 2.
  • the reverts used for the measurement of the static properties were of diameter 10 mm and taken in such a way that the direction of the axis of the specimen corresponds to the direction of spinning (L direction).

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Abstract

The invention relates to a product made of an aluminium-based alloy comprising, by wt. %, Cu: 2.5-3.4; Li: 1.6-2.2; Mg: 0.4-0.9; Mn: 0.2-0.6, Zr: 0.08-0.18; Zn: < 0.4; Ag: < 0.15; Fe + Si ≤ 0.20; at least one element selected from Ti, Se, Cr, Hf and V, the content of the element, if selected, being: Ti: 0.01-0.15; Se: 0.01-0.15; Cr: 0.01-0.3; Hf: 0.01-0.5; V: 0.01-0.3; other elements ≤ 0.05 each and ≤ 0.15 in total; the remainder being aluminium. The invention also relates to a method for manufacturing an aluminum alloy-based, extruded, rolled and/or forged product, and a structural element incorporating at least one product as described above.

Description

Produits en alliage aluminium-cuivre-lithium  Aluminum-copper-lithium alloy products
Domaine de l'invention Field of the invention
L'invention concerne en général les produits corroyés en alliages aluminium-cuivre- lithium, et plus particulièrement de tels produits sous la forme de profilés destinés à réaliser des raidisseurs en construction aéronautique. Etat de la technique The invention generally relates to wrought products of aluminum-copper-lithium alloys, and more particularly to such products in the form of profiles intended to produce stiffeners in aeronautical construction. State of the art
Un effort de recherche continu est réalisé afin de développer des matériaux qui puissent simultanément réduire le poids et augmenter l'efficacité des structures d'avions à hautes performances. Les alliages d'aluminium contenant du lithium sont très intéressants à cet égard, car le lithium peut réduire la densité de l'aluminium de 3 % et augmenter le module d'élasticité de 6 % pour chaque pourcent en poids de lithium ajouté. Pour que ces alliages soient sélectionnés dans les avions, leur performance doit atteindre celle des alliages couramment utilisés, en particulier en terme de compromis entre les propriétés de résistance mécanique statique (limite élastique, résistance à la rupture) et les propriétés de tolérance aux dommages (ténacité, résistance à la propagation des fissures en fatigue), ces propriétés étant en général antinomiques. Ces alliages doivent de plus présenter une résistance à la corrosion suffisante, pouvoir être mis en forme selon les procédés habituels et présenter de faibles contraintes résiduelles de façon à pouvoir être usinés de façon intégrale. On connaît plusieurs alliages Al-Cu-Li pour lesquels une addition d'argent est effectuée. A continuous research effort is being made to develop materials that can simultaneously reduce the weight and increase the efficiency of high performance aircraft structures. Aluminum alloys containing lithium are very interesting in this respect, since lithium can reduce the density of aluminum by 3% and increase the modulus of elasticity by 6% for each weight percent of lithium added. For these alloys to be selected in aircraft, their performance must reach that of commonly used alloys, in particular in terms of a compromise between the static mechanical strength properties (elastic limit, breaking strength) and the properties of damage tolerance ( toughness, resistance to the propagation of fatigue cracks), these properties being in general antinomic. These alloys must also have sufficient corrosion resistance, be able to be shaped according to the usual methods and have low residual stresses so that they can be machined integrally. Several Al-Cu-Li alloys are known for which an addition of silver is made.
Le brevet US 5,032,359 décrit une vaste famille d'alliages aluminium-cuivre-lithium dans lesquels l'addition de magnésium et d'argent, en particulier entre 0,3 et 0,5 pourcent en poids, permet d'augmenter la résistance mécanique. Ces alliages sont souvent connus sous le nom commercial « Weldalite™ ». No. 5,032,359 discloses a broad family of aluminum-copper-lithium alloys in which the addition of magnesium and silver, in particular between 0.3 and 0.5 percent by weight, makes it possible to increase the mechanical strength. These alloys are often known under the trade name "Weldalite ™".
Le brevet US 5,198,045 décrit une famille d'alliages Weldalite™ comprenant (en % en poids) (2,4-3 ,5)Cu, (1 ,35-1 ,8)Li, (0,25-0,65)Mg, (0,25-0,65)Ag, (0,08-0,25) Zr. Les produits corroyés fabriqués avec ces alliages combinent une densité inférieure à 2,64 g/cm3 et un compromis entre la résistance mécanique et la ténacité intéressant. US Patent 5,198,045 discloses a family of Weldalite ™ alloys comprising (in% by weight) (2,4-3,5) Cu (1,35-1,8) Li (0.25-0.65). Mg, (0.25-0.65) Ag, (0.08-0.25) Zr. The Wrought products made with these alloys combine a density of less than 2.64 g / cm 3 and a compromise between strength and toughness of interest.
Le brevet US 7,229,509 décrit une famille d'alliages Weldalite™ comprenant (en % en poids) (2,5-5,5)Cu, (0,1-2,5) Li, (0,2-1 ,0) Mg, (0,2-0,8) Ag, (0,2-0,8) Mn, (jusque 0,4) Zr ou d'autres éléments tels que Cr, Ti, Hf, Se et V. Les exemples présentés ont un compromis entre la résistance mécanique et la ténacité amélioré mais leur densité est supérieure à 2,7 g/cm3. La demande de brevet WO2007/080267 décrit un alliage Weldalite™ ne contenant pas de zirconium destiné à des tôles de fuselage comprenant (en % en poids) (2,l-2,8)Cu, (1 ,1-1 ,7) Li, (0,2-0,6) Mg, (0,1-0,8) Ag, (0,2-0,6) Mn. US Pat. No. 7,229,509 describes a family of Weldalite ™ alloys comprising (in% by weight) (2.5-5.5) Cu, (0.1-2.5) Li, (0.2-1.0). Mg, (0.2-0.8) Ag, (0.2-0.8) Mn, (up to 0.4) Zr or other elements such as Cr, Ti, Hf, Se and V. Examples presented have a compromise between mechanical strength and improved toughness but their density is greater than 2.7 g / cm 3 . Patent application WO2007 / 080267 discloses a Zirconium-free Weldalite ™ alloy for fuselage plates comprising (in% by weight) (2, 1-2.8) Cu, (1, 1-1, 7) Li, (0.2-0.6) Mg, (0.1-0.8) Ag, (0.2-0.6) Mn.
On connaît par ailleurs l'alliage AA2196 comprenant (en % en poids) (2,5-3,3)Cu, (1 ,4-2,1) Li, (0,25-0,8) Mg, (0,25-0,6) Ag, (0,04-0, 18) Zr et au plus 0,35 Mn. AA2196 alloy comprising (in% by weight) (2.5-3.3) Cu, (1, 4-2.1) Li, (0.25-0.8) Mg, is also known. , 25-0.6) Ag, (0.04-0.18) Zr and at most 0.35 Mn.
La limitation de la quantité d'argent est économiquement très favorable. Cependant, on constate que les produits selon l'art antérieur faits en alliage ne contenant essentiellement pas d'argent ne permettent pas d'obtenir des propriétés aussi avantageuses que celles des produits faits avec des alliages contenant de l'argent tels que l'alliage AA2196. The limitation of the amount of money is economically very favorable. However, it can be seen that the products according to the prior art made of alloys containing essentially no silver do not make it possible to obtain properties as advantageous as those of products made with alloys containing silver such as alloy AA2196.
Il existe un besoin pour des produits en alliage aluminium-cuivre-lithium, notamment des produits filés, présentant une densité réduite et des propriétés sensiblement équivalentes à celles de produits connus contenant de l'argent, en particulier en termes de compromis entre les propriétés de résistance mécanique statique et les propriétés de tolérance aux dommages. La stabilité thermique, la résistance à la corrosion, l'aptitude à l'usinage et la densité de ces produits notamment doivent également être satisfaisantes par rapport à celles de produits connus contenant de l'argent tout en ayant une faible densité. Objet de l'invention There is a need for aluminum-copper-lithium alloy products, especially spun products, having a reduced density and properties substantially equivalent to those of known silver-containing products, particularly in terms of a compromise between the properties of static mechanical resistance and damage tolerance properties. The thermal stability, the corrosion resistance, the machinability and the density of these products in particular must also be satisfactory compared to those of known products containing silver while having a low density. Object of the invention
Un premier objet de l'invention est un produit en alliage à base d'aluminium comprenant, en % en poids, A first subject of the invention is an aluminum-based alloy product comprising, in% by weight,
Cu : 2,5-3,4 ; préférentiellement 2,8-3,2 ; Cu: 2.5-3.4; preferably 2.8-3.2;
Li : 1,6-2,2 ; préférentiellement 1,65-1,8 ; Li: 1.6-2.2; preferentially 1.65-1.8;
Mg : 0,4-0,9 ; préférentiellement 0,5-0,8 ; Mg: 0.4-0.9; preferentially 0.5-0.8;
Mn : 0,2 - 0,6 ; préférentiellement 0,3-0,6 ; Mn: 0.2 - 0.6; preferably 0.3-0.6;
Zr : 0,08 - 0,18 ; préférentiellement 0,12-0,16 ; Zr: 0.08 - 0.18; preferentially 0.12-0.16;
Zn : < 0,4 préférentiellement 0,05-0,4 ; plus préférentiellement de 0,2-0,4 ; Zn: <0.4, preferably 0.05-0.4; more preferably 0.2-0.4;
Ag : < 0,15 ; préférentiellement <0,1 ; plus préférentiellement encore <0,05 ; Ag: <0.15; preferentially <0.1; more preferably still <0.05;
Fe + Si < 0,20 ; Fe + Si <0.20;
au moins un élément choisi parmi at least one element selected from
Ti : 0,01 - 0,15 ; préférentiellement 0,01-0,05 ;  Ti: 0.01-0.15; preferably 0.01-0.05;
Se : 0,01 - 0,15, préférentiellement 0,02-0,1 ;  Se: 0.01-0.15, preferentially 0.02-0.1;
Cr : 0,01 - 0,3, préférentiellement 0,02-0,1 ;  Cr: 0.01 - 0.3, preferably 0.02-0.1;
Hf : 0,01 - 0,5 ; préférentiellement 0,02-0,1 ;  Hf: 0.01 - 0.5; preferably 0.02-0.1;
V : 0,01 - 0,3, préférentiellement 0,01 -0,05 ;  V: 0.01-0.3, preferably 0.01-0.05;
autres éléments < 0,05 chacun et < 0, 15 au total, reste aluminium. other elements <0.05 each and <0, 15 in total, remains aluminum.
Un deuxième objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un produit filé, laminé et/ou forgé à base d'alliage d'aluminium comprenant les étapes : A second object of the invention is a method of manufacturing a spun, rolled and / or forged product based on aluminum alloy comprising the steps:
a) élaboration d'un bain de métal liquide comprenant, en pourcentage en poids, Cu :  a) developing a bath of liquid metal comprising, in percentage by weight, Cu:
2,5-3,4 ; Li : 1 ,6-2,2 ; Mg : 0,4-0,9 ; Mn : 0,2 - 0,6 ; Zr : 0,08 - 0,18 ; Zn : < 0,4 ; Ag : < 0,15 ; Fe + Si < 0,20 ; au moins un élément choisi parmi Ti, Se, Cr, Hf et V, la teneur dudit élément, s'il est choisi, étant Ti : 0,01 - 0,15 ; Se : 0,01 - 0,15 ; Cr : 0,01 - 0,3 ; Hf : 0,01 - 0,5 ; V : 0,01 - 0,3 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium  2.5-3.4; Li: 1.6-2.2; Mg: 0.4-0.9; Mn: 0.2 - 0.6; Zr: 0.08 - 0.18; Zn: <0.4; Ag: <0.15; Fe + Si <0.20; at least one element selected from Ti, Se, Cr, Hf and V, the content of said element, if selected, being Ti: 0.01 - 0.15; Se, 0.01-0.15; Cr: 0.01 - 0.3; Hf: 0.01 - 0.5; V: 0.01 - 0.3; other elements <0.05 each and <0.15 in total, remaining aluminum
b) coulée d'une forme brute à partir dudit bain de métal liquide ;  b) pouring a raw form from said bath of liquid metal;
c) homogénéisation ladite forme brute ;  c) homogenizing said raw form;
d) déformation à chaud et, optionnellement, à froid de la forme brute en un produit filé, laminé et/ou forgé ; e) mise en solution et trempe dudit produit ; d) hot deformation and, optionally, cold deformation of the raw form into a spun, rolled and / or forged product; e) dissolving and quenching said product;
f) traction de façon contrôlée dudit produit avec une déformation permanente de 1 à 15%, préférentiellement de 2 à 4% ;  f) controlled traction of said product with a permanent deformation of 1 to 15%, preferably 2 to 4%;
g) revenu dudit produit par chauffage à 140 à 170°C pendant 5 à 70 heures.  g) the income of the said product by heating at 140 to 170 ° C for 5 to 70 hours.
Avantageusement, le revenu est réalisé de façon à ce que ledit produit ait une limite d'élasticité conventionnelle mesurée à 0,2% d'allongement dans le sens L, Rpo,2 (L), d'au moins 510 MPa et une ténacité KQ (L-T), dans le sens L-T, d'au moins 21Advantageously, the income is made so that said product has a conventional yield strength measured at 0.2% elongation in the direction L, R p o, 2 (L), of at least 510 MPa and a tenacity KQ (LT), in the LT direction, of at least 21
MPaVn et telle que KQ (L-T) > -0,2667*RPo,2 (L) + 169. Encore un autre objet de l'invention est un élément de structure incorporant au moins un produit selon l'invention. MPaVn and as KQ (LT)> -0.2667 * R P o, 2 (L) + 169. Yet another object of the invention is a structural element incorporating at least one product according to the invention.
Description des figures Description of figures
Figure 1 : Forme du profilé W de l'exemple (on entend par « forme » la section transversale dudit profilé). Les cotes sont indiquées en mm. Les échantillons utilisés pour les caractérisations mécaniques ont été prélevés dans la zone indiquée par les pointillés. Figure 1: Shape of the profile W of the example (the term "shape" means the cross section of said profile). The dimensions are given in mm. The samples used for the mechanical characterizations were taken from the area indicated by the dots.
Figure 2 : Forme du profilé Z de l'exemple (on entend par « forme » la section transversale dudit profilé). Les cotes sont indiquées en mm. Les échantillons utilisés pour les caractérisations mécaniques ont été prélevés dans la zone indiquée par les pointillés.  Figure 2: Shape of the profile Z of the example (the term "shape" means the cross section of said profile). The dimensions are given in mm. The samples used for the mechanical characterizations were taken from the area indicated by the dots.
Figure 3 : Compromis entre ténacité et résistance mécanique obtenu pour les profilés de l'exemple. 3: Compromise between toughness and mechanical strength obtained for the profiles of the example.
Description de l'invention Description of the invention
Sauf mention contraire, toutes les indications concernant la composition chimique des alliages sont exprimées comme un pourcentage en poids basé sur le poids total de l'alliage. La désignation des alliages se fait en conformité avec les règlements de The Aluminium Association, connus de l'homme du métier. La densité dépend de la composition et est déterminée par calcul plutôt que par une méthode de mesure de poids. Les valeurs sont calculées en conformité avec la procédure de The Aluminium Association, qui est décrite pages 2- 12 et 2.13 de « Aluminum Standards and Data ». Les définitions des états métallurgiques sont indiquées dans la norme européenne EN 5 15 (2009). Unless stated otherwise, all the information concerning the chemical composition of the alloys is expressed as a percentage by weight based on the total weight of the alloy. The designation of alloys is in accordance with the regulations of The Aluminum Association, known to those skilled in the art. The density depends on the composition and is determined by calculation rather than by a method of measuring weight. The values are calculated in accordance with the procedure of The Aluminum Association, which is described pages 2-12 and 2.13 of "Aluminum Standards and Data". The definitions of the metallurgical states are given in the European standard EN 5 15 (2009).
Sauf mention contraire, les caractéristiques mécaniques statiques, en d'autres termes la résistance à la rupture Rm, la limite d'élasticité conventionnelle à 0,2% d'allongement Rpo,2 (« limite d'élasticité ») et l'allongement à la rupture A, sont déterminées par un essai de traction selon la norme EN 10002-1 (2001), le prélèvement et le sens de l'essai étant définis par la norme EN 485-1 (2016). Unless otherwise stated, the static mechanical characteristics, in other words the tensile strength R m , the conventional yield stress at 0.2% elongation R p o, 2 ("yield strength") and elongation at break A, are determined by a tensile test according to EN 10002-1 (2001), the sampling and the direction of the test being defined by EN 485-1 (2016).
Le facteur d'intensité de contrainte (KQ) est déterminé selon la norme ASTM E 399 (2012). Ainsi, la proportion des éprouvettes définie au paragraphe 7.2.1 de cette norme est toujours vérifiée de même que la procédure générale définie au paragraphe 8. La norme ASTM E 399 (2012) donne aux paragraphes 9. 1 .3 et 9.1 .4 des critères qui permettent de déterminer si KQ est une valeur valide de Kic. Ainsi, une valeur Kic est toujours une valeur KQ la réciproque n'étant pas vraie. Dans le cadre de l'invention, les critères des paragraphes 9.1 .3 et 9. 1 .4 de la norme ASTM E399 (2012) ne sont pas toujours vérifiés, cependant pour une géométrie d'éprouvette donnée, les valeurs de KQ présentées sont toujours comparables entre elles, la géométrie d'éprouvette permettant d'obtenir une valeur valide de Kic n'étant pas toujours accessible compte tenu des contraintes liées aux dimensions des tôles ou profilés.  The stress intensity factor (KQ) is determined according to ASTM E 399 (2012). Thus, the proportion of specimens defined in paragraph 7.2.1 of this standard is always verified, as is the general procedure defined in paragraph 8. ASTM E 399 (2012) gives paragraphs 9. 1 .3 and 9.1. criteria to determine if KQ is a valid Kic value. Thus, a Kic value is always a KQ value, the reciprocal being not true. In the context of the invention, the criteria of paragraphs 9.1 .3 and 9. 1 .4 of ASTM E399 (2012) are not always verified, however for a given specimen geometry, the KQ values presented are always comparable with each other, the geometry of the specimen making it possible to obtain a valid value of Kic not being always accessible taking into account the constraints related to the dimensions of the sheets or profiles.
Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258 (2012) s'appliquent. L'épaisseur des profilés est définie selon la norme EN 2066 :2001 : la section transversale est divisée en rectangles élémentaires de dimensions A et B ; A étant toujours la plus grande dimension du rectangle élémentaire et B pouvant être considéré comme l'épaisseur du rectangle élémentaire. Unless otherwise specified, the definitions of EN 12258 (2012) apply. The thickness of the profiles is defined according to EN 2066: 2001: the cross section is divided into elementary rectangles of dimensions A and B; A being always the largest dimension of the elementary rectangle and B can be considered as the thickness of the elementary rectangle.
On appelle ici « élément de structure » ou « élément structural » d'une construction mécanique une pièce mécanique pour laquelle les propriétés mécaniques statiques et/ou dynamiques sont particulièrement importantes pour la performance de la structure, et pour laquelle un calcul de structure est habituellement prescrit ou réalisé. Il s'agit typiquement d'éléments dont la défaillance est susceptible de mettre en danger la sécurité de ladite construction, de ses utilisateurs, des ses usagers ou d'autrui. Pour un avion, ces éléments de structure comprennent notamment les éléments qui composent le fuselage (tels que la peau de fuselage (fuselage skin en anglais), les raidisseurs ou lisses de fuselage (stringers), les cloisons étanches (bulkheads), les cadres de fuselage (circumferential frames), les ailes (tels que la peau de voilure (wing skin), les raidisseurs (stringers ou stiffeners), les nervures (ribs) et longerons (spars)) et l'empennage composé notamment de stabilisateurs horizontaux et verticaux (horizontal or vertical stabilisers), ainsi que les profilés de plancher (floor beams), les rails de sièges (seat tracks) et les portes. Here, a "structural element" or "structural element" of a mechanical construction is called a mechanical part for which the static and / or dynamic mechanical properties are particularly important for the performance of the structure, and for which a structural calculation is usually prescribed or realized. These are typically elements whose failure is likely to endanger the safety of said construction, its users, its users or others. For an airplane, these elements of These structures include the elements that make up the fuselage (such as fuselage skin (fuselage skin), stiffeners or stringers, bulkheads, circumferential frames, wings (such as wing skin), stiffeners (stiffeners), ribs (ribs) and spars) and empennage composed in particular of horizontal and vertical stabilizers (horizontal or vertical stabilizers), as well as the floor beams, the seat tracks and the doors.
Selon l'invention, une classe sélectionnée d'alliages d'aluminium contenant des teneurs spécifiques et critiques de cuivre, de lithium, de magnésium, de zinc, de manganèse et de zirconium mais ne contentant essentiellement pas d'argent permet de préparer des produits corroyés présentant notamment un compromis amélioré entre ténacité et résistance mécanique par rapport à celui de produits ne contenant essentiellement pas d'argent. According to the invention, a selected class of aluminum alloys containing specific and critical levels of copper, lithium, magnesium, zinc, manganese and zirconium but essentially free of silver makes it possible to prepare products wrought with an improved compromise between toughness and strength compared to products containing essentially no money.
Les présents inventeurs ont constaté que de manière surprenante, il est possible pour des produits d'obtenir un compromis au moins équivalent entre les propriétés de résistance mécanique statique et les propriétés de tolérance aux dommages que celui obtenu avec un alliage aluminium-cuivre-lithium contenant de l'argent, tels que notamment l'alliage AA2196, en réalisant une sélection étroite des quantités de lithium, de cuivre, de magnésium, de manganèse, de zinc et de zirconium . The present inventors have found that, surprisingly, it is possible for products to achieve a compromise at least equivalent between the static mechanical strength properties and the damage tolerance properties that that obtained with an aluminum-copper-lithium alloy containing silver, such as alloy AA2196, by carefully selecting the amounts of lithium, copper, magnesium, manganese, zinc and zirconium.
La teneur en cuivre des produits selon l'invention est comprise entre 2,5 et 3,4 % en poids. Dans une réalisation avantageuse de l'invention, la teneur en cuivre est au moins de 2,8 ou préférentiellement au moins de 2,9 % en poids et/ou au plus de 3,2 et préférentiellement au plus de 3,1 % en poids. The copper content of the products according to the invention is between 2.5 and 3.4% by weight. In an advantageous embodiment of the invention, the copper content is at least 2.8 or preferably at least 2.9% by weight and / or at most 3.2 and preferably at most 3.1% by weight. weight.
La teneur en lithium des produits selon l'invention est comprise entre 1 ,6 et 2,2 % en poids. Avantageusement, la teneur en lithium est comprise entre 1,65 % et 1 ,8 % en poids. De manière préférée, la teneur en lithium est au plus de 1 ,75 % en poids. La teneur en magnésium des produits selon l'invention est comprise entre 0,4 et 0,9 % en poids et de manière préférée elle est d'au moins 0,5% en poids et, plus préférentiellement encore supérieure à 0,6 % en poids. Avantageusement, la teneur en magnésium est d'au plus 0,8% en poids. Les présents inventeurs ont constaté que lorsque la teneur en magnésium est inférieure à 0,30 % en poids le compromis avantageux entre la résistance mécanique et la tolérance aux dommages n'est pas obtenu. La teneur en manganèse des produits selon l'invention est comprise entre 0,2 et 0,6 % en poids et, de manière préférée, elle est d'au moins 0,3% en poids et, plus préférentiellement encore d'au moins 0,33% en poids et plus préférentiellement d'au moins 0,4% en poids. Dans un autre mode de réalisation, la teneur en manganèse est comprise entre 0,2 et 0,4% en poids, préférentiellement entre 0,25 et 0,35% en poids. Les présents inventeurs ont constaté que lorsque la teneur en manganèse est inférieure à 0,2 % en poids, la ténacité KQ (L-T), dans le sens L-T, avantageuse selon l'invention n'est pas obtenue. The lithium content of the products according to the invention is between 1, 6 and 2.2% by weight. Advantageously, the lithium content is between 1.65% and 1.8% by weight. Preferably, the lithium content is at most 1.75% by weight. The magnesium content of the products according to the invention is between 0.4 and 0.9% by weight and preferably it is at least 0.5% by weight and more preferably still greater than 0.6%. in weight. Advantageously, the magnesium content is from plus 0.8% by weight. The present inventors have found that when the magnesium content is less than 0.30% by weight the advantageous compromise between mechanical strength and damage tolerance is not achieved. The manganese content of the products according to the invention is between 0.2 and 0.6% by weight and, preferably, it is at least 0.3% by weight and, more preferably still, at least 0.33% by weight and more preferably at least 0.4% by weight. In another embodiment, the manganese content is between 0.2 and 0.4% by weight, preferably between 0.25 and 0.35% by weight. The present inventors have found that when the manganese content is less than 0.2% by weight, the KQ (LT) toughness, in the LT direction, advantageous according to the invention is not obtained.
La teneur en zirconium des produits selon l'invention est comprise entre 0,08 et 0,18 % en poids et, de manière préférée, elle est de 0,12 à 0,16% en poids et, plus préférentiellement encore, de 0,14 à 0,15% en poids. Dans un autre mode de réalisation, la teneur en zirconium est avantageusement comprise entre 0,09 et 0,12% en poids, préférentiellement entre 0,09 et 0,11% en poids, voire même entre 0,09 et 0,10% en poids. The zirconium content of the products according to the invention is between 0.08 and 0.18% by weight and, preferably, it is 0.12 to 0.16% by weight and more preferably 0% by weight. , 14 to 0.15% by weight. In another embodiment, the zirconium content is advantageously between 0.09 and 0.12% by weight, preferably between 0.09 and 0.11% by weight, and even between 0.09 and 0.10% by weight. in weight.
La teneur en zinc est inférieure à 0,4% en poids, préférentiellement elle est de 0,05 et 0,35 % en poids. Avantageusement, la teneur en zinc est 0,2 à 0,3 % en poids ce qui peut contribuer à atteindre le compromis recherché entre la ténacité et la résistance mécanique. The zinc content is less than 0.4% by weight, preferably it is 0.05 and 0.35% by weight. Advantageously, the zinc content is 0.2 to 0.3% by weight, which can contribute to achieving the desired compromise between toughness and strength.
La teneur en argent est inférieure à 0,15 % en poids, de préférence inférieure à 0,10 % en poids et, plus préférentiellement encore inférieure à 0,05 % en poids. Les présents inventeurs ont constaté que le compromis avantageux entre la résistance mécanique et la tolérance aux dommages connu pour des alliages contenant typiquement 0,2 à 0,4 % en poids d'argent peut être obtenu pour des alliages ne contenant essentiellement pas d'argent avec la sélection de composition effectuée. La somme de la teneur en fer et de la teneur en silicium est au plus de 0,20 % en poids. De préférence, les teneurs en fer et en silicium sont chacune au plus de 0,08 % en poids. Dans une réalisation avantageuse de l'invention, les teneurs en fer et en silicium sont au plus de 0,06 % et 0,04 % en poids, respectivement. The silver content is less than 0.15% by weight, preferably less than 0.10% by weight and more preferably less than 0.05% by weight. The present inventors have found that the advantageous compromise between known mechanical strength and damage tolerance for alloys typically containing 0.2 to 0.4% by weight of silver can be obtained for alloys containing essentially no silver. with the composition selection made. The sum of the iron content and the silicon content is at most 0.20% by weight. Preferably, the iron and silicon contents are each at most 0.08% by weight. In In an advantageous embodiment of the invention, the iron and silicon contents are at most 0.06% and 0.04% by weight, respectively.
L'alliage contient également au moins un élément pouvant contribuer au contrôle de la taille de grain choisi parmi Ti, Se, Cr, Hf et V, la teneur de l'élément, s'il est choisi, étant de 0,01 à 0,15 % en poids, préférentiellement 0,01 à 0,05% en poids pour Ti ; de 0,01 à 0,15 % en poids, préférentiellement 0,02 à 0,1% en poids pour Se ; 0,01 à 0,5 % en poids, préférentiellement 0,02 à 0,1% en poids pour Hf et de 0,01 à 0,3 % en poids, préférentiellement de 0,02 à 0,1% en poids pour Cr et de 0,01 à 0,3% en poids, préférentiellement 0,01 à 0,05% en poids pour V. De manière préférée, on choisit entre 0,02 et 0,04 % en poids de titane. The alloy also contains at least one element that can contribute to controlling the grain size selected from Ti, Se, Cr, Hf and V, the content of the element, if selected, being from 0.01 to 0 15% by weight, preferably 0.01 to 0.05% by weight for Ti; from 0.01 to 0.15% by weight, preferably 0.02 to 0.1% by weight for Se; 0.01 to 0.5% by weight, preferably 0.02 to 0.1% by weight for Hf and from 0.01 to 0.3% by weight, preferably from 0.02 to 0.1% by weight for Cr and from 0.01 to 0.3% by weight, preferably 0.01 to 0.05% by weight for V. Preferably, between 0.02 and 0.04% by weight of titanium is chosen.
L'alliage selon l'invention est particulièrement destiné à la fabrication de produits laminés, filés et/ou forgés et, plus particulièrement encore, de produits filés. Les produits selon l'invention présentent un compromis entre résistance mécanique et ténacité particulièrement avantageux. The alloy according to the invention is particularly intended for the manufacture of rolled, spun and / or forged products and, more particularly, spun products. The products according to the invention have a compromise between mechanical strength and particularly advantageous toughness.
Les produits selon l'invention, présentent dans un état filé, mis en solution, trempé, tractionné et revenu, notamment pour des épaisseurs jusqu'à 50 mm ou encore comprises entre 8 et 50 mm, ou même entre 15 et 35 mm, une limite d'élasticité conventionnelle mesurée à 0,2% d'allongement dans le sens L, Rp0,2 (L), d'au moins 510 MPa et une ténacité KQ (L-T), dans le sens L-T, d'au moins 21 MPaVm et telle que KQ (L-T) > - 0,2667*RpO,2 (L) + 169. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, ils présentent, dans les conditions ci-avant décrites, une limite d'élasticité conventionnelle mesurée à 0,2% d'allongement dans le sens L, Rp0,2 (L), d'au moins 525 MPa et une ténacité KQ (L-T), dans le sens L-T, d'au moins 23 MPaVm et telle que KQ (L-T) > - 0,2667*RpO,2 (L) + 171. Dans la présente invention, les éprouvettes utilisées pour les mesures de KQ sont de type CT d'épaisseur 20mm et de largeur 50mm. Le procédé de fabrication des produits selon l'invention comprend des étapes d'élaboration, coulée, laminage, extrusion et/ou forgeage, mise en solution, trempe, détensionnement et revenu. The products according to the invention have a spun, solution, quenched, triturated and tempered state, especially for thicknesses up to 50 mm or between 8 and 50 mm, or even between 15 and 35 mm. conventional yield strength measured at 0.2% elongation in the L direction, Rp0.2 (L), of at least 510 MPa and a KQ (LT) toughness in the LT direction of at least 21 MPaVm and such that KQ (LT)> - 0.2667 * RpO, 2 (L) + 169. According to a particularly advantageous embodiment, they have, under the conditions described above, a conventional yield strength measured at 0.2% elongation in the L, Rp0.2 (L) direction of at least 525 MPa and a KQ (LT) toughness in the LT direction of at least 23 MPaVm and such that KQ (LT) )> - 0.2667 * RPO, 2 (L) + 171. In the present invention, the test pieces used for KQ measurements are CT type 20mm thick and 50mm wide. The manufacturing process of the products according to the invention comprises stages of production, casting, rolling, extrusion and / or forging, dissolving, quenching, stripping and tempering.
Dans une première étape, on élabore un bain de métal liquide de façon à obtenir un alliage d'aluminium de composition selon l'invention.  In a first step, a bath of liquid metal is produced so as to obtain an aluminum alloy of composition according to the invention.
Le bain de métal liquide est ensuite coulé sous une forme brute typiquement une plaque de laminage, une billette d'extrusion ou une ébauche de forge.  The liquid metal bath is then cast in a crude form typically a rolling plate, an extrusion billet or a forging blank.
La forme brute est ensuite homogénéisée à une température comprise entre 450°C et 550° et de préférence entre 520°C et 530°C pendant une durée comprise entre 6 et 15 heures. Après homogénéisation, la forme brute est optionnellement refroidie jusqu'à température ambiante avant d'être préchauffée en vue d'être déformée à chaud. La déformation à chaud est effectuée par laminage, extrusion et/ou forgeage de façon à obtenir un produit laminé, filé et/ou forgé, préférentiellement un produit filé.  The crude form is then homogenized at a temperature between 450 ° C and 550 ° and preferably between 520 ° C and 530 ° C for a period of between 6 and 15 hours. After homogenization, the raw form is optionally cooled to room temperature before being preheated to be hot deformed. The hot deformation is carried out by rolling, extruding and / or forging so as to obtain a rolled product, spun and / or forged, preferably a spun product.
Le produit ainsi obtenu est ensuite mis en solution par traitement thermique entre 490 et 550 °C pendant 15 min à 8 h, puis trempé typiquement avec de l'eau à température ambiante.  The product thus obtained is then dissolved by heat treatment at 490-550 ° C for 15 minutes to 8 hours, and then typically quenched with water at room temperature.
Le produit subit ensuite un détensionnement contrôlé, préférentiellement par traction, avec une déformation permanente de 1 à 15 % et préférentiellement de 2 à 4%.  The product then undergoes controlled stress relief, preferably by traction, with a permanent deformation of 1 to 15% and preferably 2 to 4%.
Avantageusement, le produit filé présente à l'issue des étapes de procédé ci-dessus détaillées une épaisseur allant jusqu'à 50 mm ou encore comprise entre 8 et 50 mm, ou même entre 15 et 35 mm. Advantageously, the spun product exhibits at the end of the above-described process steps a thickness of up to 50 mm or between 8 and 50 mm, or even between 15 and 35 mm.
Un revenu est réalisé comprenant un chauffage à une température comprise entre 140 et 170°C pendant 5 à 70 heures de façon à ce que ledit produit ait une limite d'élasticité conventionnelle mesurée à 0,2% d'allongement dans le sens L, Rpo,2 (L), d'au moins 510 MPa et une ténacité KQ (L-T), dans le sens L-T, d'au moins 21 MPaVm et telle que KQ (L- T) > -0,2667*Rpo,2 (L) + 169. Les présents inventeurs ont constaté que le compromis entre résistance mécanique et ténacité peut être amélioré en réalisant le revenu à une température comprise entre 150 à 165 °C pendant un temps à équivalent t à 160°C compris entre 15 et 28h, préférentiellement entre 20 et 27h, ¾ étant défini par la formule : f exp(-16400/ T) dtAn income is achieved comprising heating at a temperature between 140 and 170 ° C for 5 to 70 hours so that said product has a conventional yield strength measured at 0.2% elongation in the L direction, R p o, 2 (L), of at least 510 MPa and a tenacity KQ (LT), in the LT direction, of at least 21 MPaVm and such that KQ (L-T)> -0.2667 * R p o, 2 (L) + 169. The present inventors have found that the compromise between mechanical strength and toughness can be improved by producing the temperature at a temperature of between 150 and 165 ° C. for a time equivalent to t at 160 ° C. between 15 and 28h, preferably between 20 and 27h, ¾ being defined by the formula: f exp (-16400 / T) dt
= A = A
Figure imgf000012_0001
où T (en Kelvin) est la température instantanée de traitement du métal, qui évolue avec le temps t (en heures), et Tref est une température de référence fixée à 433 K.
Figure imgf000012_0001
where T (in Kelvin) is the instantaneous metal processing temperature, which changes with time t (in hours), and T re f is a reference temperature set at 433 K.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le produit filé avec une limite d'élasticité conventionnelle mesurée à 0,2% d'allongement dans le sens L, Rp0,2 (L), d'au moins 525 MPa et une ténacité KQ (L-T), dans le sens L-T, d'au moins 23 MPaVm et tel que KQ (L-T) > -0,2667*RpO,2 (L) + 171. Dans ledit mode de réalisation, le produit filé présente avantageusement une épaisseur, jusqu'à 50 mm ou encore comprises entre 8 et 50 mm, ou même entre 15 et 35 mm. According to a particularly advantageous embodiment, the product spun with a conventional yield strength measured at 0.2% elongation in the direction L, Rp0.2 (L), of at least 525 MPa and a KQ toughness ( LT), in the LT direction, of at least 23 MPaVm and such that KQ (LT)> -0.2667 * RpO, 2 (L) + 171. In said embodiment, the spun product advantageously has a thickness, up to 50 mm or between 8 and 50 mm, or even between 15 and 35 mm.
Les produits selon l'invention peuvent de manière avantageuse être utilisés dans des éléments de structure, en particulier d'avion. Ainsi, un objet de l'invention est un élément de structure incorporant au moins un produit selon l'invention ou un produit fabriqué à partir d'un procédé selon l'invention. The products according to the invention can advantageously be used in structural elements, in particular aircraft. Thus, an object of the invention is a structural element incorporating at least one product according to the invention or a product manufactured from a method according to the invention.
L'utilisation, d'un élément de structure incorporant au moins un produit selon l'invention ou fabriqué à partir d'un tel produit est avantageux, en particulier pour la construction aéronautique. Les produits selon l'invention sont particulièrement avantageux pour la réalisation d'éléments de structure tels que les raidisseurs ou les cadres pour la fabrication d'éléments intrados ou extrados d'aile d'avion, préférentiellement des raidisseurs, des longerons et des nervures, ou également les poutres de plancher et les rails de siège. The use of a structural element incorporating at least one product according to the invention or manufactured from such a product is advantageous, in particular for aeronautical construction. The products according to the invention are particularly advantageous for the production of structural elements such as stiffeners or frames for the manufacture of intrados or extrados elements of aircraft wings, preferably stiffeners, longitudinal members and ribs, or also floor beams and seat rails.
Ces aspects, ainsi que d'autres de l'invention sont expliqués plus en détails à l'aide des exemples illustratifs et non limitants suivants. These and other aspects of the invention are explained in more detail with the aid of the following illustrative and non-limiting examples.
Exemple Dans cet exemple, plusieurs billettes (384 mm de diamètre) en alliage Al-Cu-Li dont la composition est donnée dans le tableau 1 ont été coulées (alliages 67, 74 a et b, 66, 68 et 69). La composition de deux alliages de l'art antérieur AA2196 ont également été données dans le tableau 1 ci-après. Example In this example, several billets (384 mm in diameter) of Al-Cu-Li alloy whose composition is given in Table 1 were cast (alloys 67, 74 a and b, 66, 68 and 69). The composition of two alloys of the prior art AA2196 has also been given in Table 1 below.
Tableau 1. Composition en % en poids et densité des alliages Al-Cu-Li utilisés Table 1. Composition in% by weight and density of Al-Cu-Li alloys used
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0001
Pour tous les alliages 67, 74a et b, 66, 68 et 69, Fe et Si < 0.20% en poids et autres éléments inférieurs à 0.05% en poids chacun, o.i5% en poids total. Les billettes en alliage 67, 74 a et b, 66, 68 et 69 ont ensuite été homogénéisées de 8 à lOh à 524°C. La billette en alliage 2 a été homogénéisée 8h à 500 °C puis 24h à 527 °C tandis que celle en alliage 5 a été homogénéisée 8h à 520 °C.  For all alloys 67, 74a and b, 66, 68 and 69, Fe and Si <0.20% by weight and other elements less than 0.05% by weight each, o.i5% by total weight. The alloy billets 67, 74a and b, 66, 68 and 69 were then homogenized from 8 to 10h at 524 ° C. The billet alloy 2 was homogenized 8h at 500 ° C and 24h at 527 ° C while the alloy 5 was homogenized 8h at 520 ° C.
Après homogénéisation, les billettes ont été réchauffées à 450 °C +/- 40 °C puis filées à chaud pour obtenir des profilés W selon la figure 1 pour l'alliage 2, 67, 74 a et b, 66, 68 et 69 et Z selon la figure 2 pour les alliages 5. Les profilés ainsi obtenus ont été mis en solution à 524 °C, trempés et tractionnés avec un allongement permanent compris entre 2 et 5%. After homogenization, the billets were heated to 450 ° C. +/- 40 ° C. and then hot-spun to obtain profiles W according to FIG. 1 for the alloys 2, 67, 74 a and b, 66, 68 and 69 and Z according to Figure 2 for the alloys 5. The profiles thus obtained were dissolved at 524 ° C, quenched and tractionned with a permanent elongation of between 2 and 5%.
Les profilés ont été soumis à un revenu tel qu'indiqué dans le tableau 2 : 30h à 152°C, 48h à 152°C, 30h à 160°C. Pour les alliages 2 et 5, le revenu a été effectué pendant 48h à 152 °C. Les temps équivalents t; à 160°C ont été calculés en prenant en compte le temps de montée jusqu'au palier de revenu et en considérant une vitesse de montée de 20°C/h. The profiles were subjected to an income as indicated in Table 2: 30h at 152 ° C, 48h at 152 ° C, 30h at 160 ° C. For the alloys 2 and 5, the income was made for 48h to 152 ° C. The equivalent times t; at 160 ° C were calculated taking into account the rise time up to the income level and considering a rise speed of 20 ° C / h.
Des échantillons prélevés en fin de profilé ont été testés pour déterminer leurs propriétés mécaniques statiques de même que leur ténacité (KQ). La localisation des prélèvements est indiquée en pointillés sur les figures 1 et 2. Les ép rouvertes utilisées pour la mesure des propriétés statiques étaient de diamètre 10mm et prélevées de telle sorte que la direction de l'axe de l'éprouvette corresponde à la direction de filage (sens L). Les éprouvettes utilisées pour les mesures de ténacité étaient de type CT et avaient pour caractéristiques B=20 mm et W = 50 mm et ont été usinées de telle façon que la direction de chargement corresponde à la direction de filage et la direction de propagation soit perpendiculaire à la direction de filage et contenue dans le plan des figures 1 et 2 (configuration L-T). Samples taken at the end of the profile were tested to determine their static mechanical properties as well as their toughness (KQ). The location of the samples is indicated in dashed lines in FIGS. 1 and 2. The reverts used for the measurement of the static properties were of diameter 10 mm and taken in such a way that the direction of the axis of the specimen corresponds to the direction of spinning (L direction). The specimens used for the toughness measurements were of CT type and had characteristics of B = 20 mm and W = 50 mm and were machined in such a way that the direction of loading corresponded to the direction of spinning and the direction of propagation was perpendicular. to the spinning direction and contained in the plane of Figures 1 and 2 (LT configuration).
Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau 2 ci-dessous et illustrés par la figure 3 pour les alliages du tableau 1. The results obtained are given in Table 2 below and illustrated in FIG. 3 for the alloys of Table 1.
Tableau 2. Conditions de revenu et propriétés Rp0.2 (L) et Kq (L-T) des alliages teq 160°C Rp0.2 (L) Kq (L-T) Table 2. Income conditions and properties Rp0.2 (L) and Kq (L-T) alloys teq 160 ° C Rp0.2 (L) Kq (L-T)
Revenu  Returned
(h) (MPa) (MPaVm)  (h) (MPa) (MPaVm)
30h - 152°C 16.8 506 27.3  30h - 152 ° C 16.8 506 27.3
66 48h - 152°C 26.7 541 18.8  66 48h - 152 ° C 26.7 541 18.8
30h - 160°C 30.6 545 16.6  30h - 160 ° C 30.6 545 16.6
30h - 152°C 16.8 517 37.8  30h - 152 ° C 16.8 517 37.8
48h - 152°C 26.7 564 24.8  48h - 152 ° C 26.7 564 24.8
30h - 160°C 30.6 569 20.2  30h - 160 ° C 30.6 569 20.2
67  67
30h -155°C 21 545 33.1  30h -155 ° C 21,545 33.1
40h - 152°C 22.2 548 29.0  40h - 152 ° C 22.2 548 29.0
21h - 160°C 21.6 542 27.7  21h - 160 ° C 21.6 542 27.7
30h - 152°C 16.8 524 17.3  30h - 152 ° C 16.8 524 17.3
68 48h - 152°C 26.7 548 15.1  68 48h - 152 ° C 26.7 548 15.1
30h - 160°C 30.6 545 14.9  30h - 160 ° C 30.6 545 14.9
30h - 152°C 16.8 551 20.9  30h - 152 ° C 16.8 551 20.9
69 48h - 152°C 26.7 566 16.6  69 48h - 152 ° C 26.7 566 16.6
30h - 160°C 30.6 560 15.7 30h- 152°C 16.8 518 32.4a 48h- 152°C 26.7 552 22.030h - 160 ° C 30.6 560 15.7 30h-152 ° C 16.8 518 32.4a 48h-152 ° C 26.7 552 22.0
30h- 160°C 30.6 552 18.430h-160 ° C 30.6 552 18.4
30h- 152°C 16.8 515 38.7b 48h- 152°C 26.7 550 23.030h-152 ° C 16.8 515 38.7b 48h-152 ° C 26.7 550 23.0
30h- 160°C 30.6 557 18.530h-160 ° C 30.6 557 18.5
48h- 152°C 26.7 522 37.648h-152 ° C 26.7 522 37.6
48h- 152°C 26.7 536 38.2 48h-152 ° C 26.7 536 38.2

Claims

Revendications claims
1) Produit en alliage à base d'aluminium comprenant, en % en poids, 1) Aluminum alloy product comprising, in% by weight,
Cu : 2,5-3,4 ; préférentiellement 2,8-3,2 ; Cu: 2.5-3.4; preferably 2.8-3.2;
Li : 1 ,6-2,2 ; préférentiellement 1,65-1,8 ; Li: 1.6-2.2; preferentially 1.65-1.8;
Mg : 0,4-0,9 ; préférentiellement 0,5-0,8 ; Mg: 0.4-0.9; preferentially 0.5-0.8;
Mn : 0,2 - 0,6 ; préférentiellement 0,3-0,6 ; Mn: 0.2 - 0.6; preferably 0.3-0.6;
Zr : 0,08 - 0,18 ; préférentiellement 0,12-0,16 ; Zr: 0.08 - 0.18; preferentially 0.12-0.16;
Zn : < 0,4 préférentiellement 0,05-0,4 ; plus préférentiellement de 0,2-0,4 ;  Zn: <0.4, preferably 0.05-0.4; more preferably 0.2-0.4;
Ag : < 0,15 ; préférentiellement <0,1 ; plus préférentiellement encore <0,05 ; Ag: <0.15; preferentially <0.1; more preferably still <0.05;
Fe + Si < 0,20 ; Fe + Si <0.20;
au moins un élément choisi parmi Ti, Se, Cr, Hf et V, la teneur de l'élément, s'il est choisi, étant : at least one element selected from Ti, Se, Cr, Hf and V, the content of the element, if selected, being:
Ti : 0,01 - 0,15 ; préférentiellement 0,01-0,05 ;  Ti: 0.01-0.15; preferably 0.01-0.05;
Se : 0,01 - 0,15, préférentiellement 0,02-0,1 ;  Se: 0.01-0.15, preferentially 0.02-0.1;
Cr : 0,01 - 0,3, préférentiellement 0,02-0,1 ;  Cr: 0.01 - 0.3, preferably 0.02-0.1;
Hf : 0,01 - 0,5 ; préférentiellement 0,02-0,1 ;  Hf: 0.01 - 0.5; preferably 0.02-0.1;
V : 0,01 - 0,3, préférentiellement 0,01 -0,05 ;  V: 0.01-0.3, preferably 0.01-0.05;
autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium. other elements <0.05 each and <0.15 in total, remains aluminum.
2) Produit selon la revendication 1 dans lequel la teneur en cuivre est de 2,9 à 3,1% en poids. 2) The product of claim 1 wherein the copper content is 2.9 to 3.1% by weight.
3) Produit selon une quelconque des revendications 1 à 2 dans lequel la teneur en lithium est de 1,65 à 1,75% en poids. 3) Product according to any one of claims 1 to 2 wherein the lithium content is 1.65 to 1.75% by weight.
4) Produit selon une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la teneur en manganèse est de 0,4 à 0,6% en poids. 5) Produit selon une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la teneur en zirconium est de 0,14 à 0,15% en poids. 6) Procédé de fabrication d'un produit filé, laminé et/ou forgé à base d'alliage d'aluminium comprenant les étapes : 4) Product according to any one of claims 1 to 3 wherein the manganese content is 0.4 to 0.6% by weight. 5) Product according to any one of claims 1 to 3 wherein the zirconium content is 0.14 to 0.15% by weight. 6) A process for producing a spun, rolled and / or forged aluminum alloy product comprising the steps of:
a) élaboration d'un bain de métal liquide comprenant, en pourcentage en poids, Cu :  a) developing a bath of liquid metal comprising, in percentage by weight, Cu:
2,5-3,4 ; Li : 1 ,6-2,2 ; Mg : 0,4-0,9 ; Mn : 0,2 - 0,6 ; Zr : 0,08 - 0,18 ; Zn : < 0,4 ; Ag : < 0,15 ; Fe + Si < 0,20 ; au moins un élément choisi parmi Ti, Se, Cr, Hf et V, la teneur dudit élément, s'il est choisi, étant Ti : 0,01 - 0,15 ; Se : 0,01 - 0,15 ; Cr : 0,01 - 0,3 ; Hf : 0,01 - 0,5 ; V : 0,01 - 0,3 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium  2.5-3.4; Li: 1.6-2.2; Mg: 0.4-0.9; Mn: 0.2 - 0.6; Zr: 0.08 - 0.18; Zn: <0.4; Ag: <0.15; Fe + Si <0.20; at least one element selected from Ti, Se, Cr, Hf and V, the content of said element, if selected, being Ti: 0.01 - 0.15; Se, 0.01-0.15; Cr: 0.01 - 0.3; Hf: 0.01 - 0.5; V: 0.01 - 0.3; other elements <0.05 each and <0.15 in total, remaining aluminum
b) coulée d'une forme brute à partir dudit bain de métal liquide ;  b) pouring a raw form from said bath of liquid metal;
c) homogénéisation ladite forme brute ;  c) homogenizing said raw form;
d) déformation à chaud et, optionnellement, à froid de la forme brute en un produit filé, laminé et/ou forgé ;  d) hot deformation and, optionally, cold deformation of the raw form into a spun, rolled and / or forged product;
e) mise en solution et trempe dudit produit ;  e) dissolving and quenching said product;
f) traction de façon contrôlée dudit produit avec une déformation permanente de 1 à 15%, préférentiellement de 2 à 4% ;  f) controlled traction of said product with a permanent deformation of 1 to 15%, preferably 2 to 4%;
g) revenu dudit produit filé par chauffage à 140 à 170°C pendant 5 à 70 heures de façon à ce que ledit produit ait une limite d'élasticité conventionnelle mesurée à 0,2% d'allongement dans le sens L, Rpo,2 (L), d'au moins 510 MPa et une ténacitég) returning said product spun by heating at 140 to 170 ° C for 5 to 70 hours so that said product has a conventional yield strength measured at 0.2% elongation in the direction L, R p o , 2 (L), of at least 510 MPa and toughness
KQ (L-T), dans le sens L-T, d'au moins 21 MPaVm et telle que KQ (L-T) > - 0,2667*RPo,2 (L) + 169. KQ (LT), in the LT direction, of at least 21 MPaVm and such that KQ (LT) - 0.2667 * R P o, 2 (L) + 169.
7) Procédé selon la revendication 6 dans lequel la température d'homogénéisation est comprise entre 520 °C et 530°C et la durée de traitement est comprise entre 6 et 15 heures. 7) The method of claim 6 wherein the homogenization temperature is between 520 ° C and 530 ° C and the treatment time is between 6 and 15 hours.
8) Procédé selon une quelconque des revendications 6 à 7 dans lequel le revenu est réalisé une température comprise entre 150 à 165 °C pendant un temps à équivalent t; à 160°C compris entre 15 et 28h, préférentiellement entre 20 et 27h, t;- étant défini par la formule :
Figure imgf000018_0001
où T (en Kelvin) est la température instantanée de traitement du métal, qui évolue avec le temps t (en heures), et Tref est une température de référence fixée à 433 K.
8) Process according to any one of claims 6 to 7 wherein the income is made a temperature between 150 to 165 ° C for a time equivalent t; at 160 ° C between 15 and 28h, preferably between 20 and 27h, t ; - being defined by the formula:
Figure imgf000018_0001
where T (in Kelvin) is the instantaneous temperature of metal treatment, which evolves with the time t (in hours), and T ref is a reference temperature set at 433 K.
9) Produit obtenu selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce qu'il présente une limite d'élasticité conventionnelle mesurée à 0,2% d'allongement dans le sens L, Rp0,2 (L), d'au moins 525 MPa et une ténacité KQ (L-T), dans le sens L-T, d'au moins 23 MPaVm et telle que KQ (L-T) > -0,2667*RpO,2 (L) + 171. 9) Product obtained according to any one of claims 6 to 8 characterized in that it has a conventional yield strength measured at 0.2% elongation in the direction L, Rp0.2 (L), d at least 525 MPa and a KQ (LT) toughness in the LT direction of at least 23 MPaVm and such that KQ (LT)> -0.2667 * RpO, 2 (L) + 171.
10) Elément de structure incorporant au moins un produit selon une quelconque des revendications 1 à 5 ou fabriqué à partir d'un produit obtenu selon l'une quelconque des revendications 6 à 8. 10) Structure element incorporating at least one product according to any one of claims 1 to 5 or made from a product obtained according to any one of claims 6 to 8.
1 1) Elément de structure selon la revendication 10 caractérisé en ce qu'il est utilisé tant que raidisseur ou de cadre pour la fabrication d'éléments intrados ou extrados d'aile d'avion, préférentiellement des raidisseurs, des longerons et des nervures, ou de poutres de plancher et rails de siège. 1 1) structural element according to claim 10 characterized in that it is used as a stiffener or frame for the manufacture of intrados or extrados elements of aircraft wing, preferably stiffeners, spars and ribs, or floor beams and seat rails.
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