WO2019106254A1 - Aluminium alloy flat product having improved thickness properties - Google Patents
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- WO2019106254A1 WO2019106254A1 PCT/FR2018/052862 FR2018052862W WO2019106254A1 WO 2019106254 A1 WO2019106254 A1 WO 2019106254A1 FR 2018052862 W FR2018052862 W FR 2018052862W WO 2019106254 A1 WO2019106254 A1 WO 2019106254A1
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- B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
- B22D11/122—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ using magnetic fields
Definitions
- the technical field of the invention relates to thick flat products of aluminum alloy from ingots obtained by vertical casting.
- Thick aluminum alloy flat products in particular 7XXX, 2XXX series of hardened aluminum alloys, show differences in properties depending on the thickness in the case of thickness greater than 12.5 mm. These differences in properties are associated inter alia with the macrosegregations observed on the cast ingot and which remain on the flat product obtained after an ingot transformation process; the transformation process comprising dissolution, quenching and tempering or ripening.
- a macrosegregation well known to those skilled in the art is the negative central macrosegregation, resulting from a depletion of eutectic alloying elements, along a portion of the median plane parallel to the large faces of the ingot.
- the intermittent macrosegregation is most marked in the vicinity of the T / 2.5 region, and typically between T / 3.3 and T / 2.3, the T / 2 region corresponding to the central axis of the ingot.
- Thick aluminum alloy flat products in particular the 7XXX, 2XXX, or 6XXX series of 7XXX, or 6XXX hardened aluminum alloys used in the aerospace industry, have a thickness greater than 12.5 mm. 40 mm and 200 mm, differences in properties depending on the positioning in the thickness of the product. In particular, this difference is marked between the mid-thickness and the quarter-thickness of the product.
- the inventors have therefore sought to obtain thicker flat products which have an advantageous compromise between the static mechanical properties and the damage tolerance properties. compromise varying little in the thickness of the product. That is, the property compromise is obtained in the majority of the thickness of the product.
- the object of the invention relates to a flat product made of aluminum alloy extending parallel to a longitudinal axis (L), and whose section perpendicular to the longitudinal axis has a width (TL) and a thickness (TC). thickness (TC) being less than the width, the thickness of said flat product being greater than 12.5 mm.
- the flat product has a thickness greater than 40 mm, and even more preferably greater than 70 mm.
- Said flat product is obtained from a manufacturing process comprising:
- the thickness of the ingot is greater than 450 mm, 500 mm or 600 mm.
- the casting process is carried out in an ingot mold, the ingot mold defining a parallelepiped, so that the shaped ingot extends parallel to a longitudinal axis (Y), along a width (W) and parallel to a transverse axis (X) according to a thickness (T), the thickness of the ingot being less than the width; the ingot defining a median plane extending along the mid-thickness (T / 2), parallel to the longitudinal axis (Y).
- the thickness of the mold is close to the thickness of the ingot formed.
- the casting method with electromagnetic stirring comprises the following steps casting the liquid aluminum alloy in the mold, along a vertical casting axis (Z), the alloy being cooled, during casting, by a runoff of a cooling liquid (3), so as to form a solid alloy (ls), extending around a liquid alloy (1b), said swamp, the solid alloy forming a front (10) at the interface with the marsh (1b), the front being inclined at an angle of inclination (a), with respect to the vertical axis, the angle of inclination of the front varying along the transverse axis (X);
- a sliding magnetic field whose amplitude varies according to a frequency (/)
- the magnetic field being generated by at least one magnetic field generator (5) disposed at the periphery of the mold, of to apply a mean Lorentz force (F) at different points of the marsh, the average Lorentz force, during a period (P) of the magnetic field, being inclined relative to the vertical axis (Z) at an angle of inclination (b), said angle of inclination of the Lorentz force, the latter varying along the transverse axis (X); the Lorentz force has during the period P a Lorentz force of maximum intensity (F max );
- the marsh comprises a median zone, extending symmetrically on either side of the median plane (M), the thickness of which corresponds to half a thickness of the ingot
- the applied magnetic field propagates along an axis of propagation, so that a maximum amplitude (B TM ax ) of the magnetic field propagates along said propagation axis, defining a propagation wavelength (1).
- the casting process with electromagnetic mixing is such as to allow the attenuation of intermittent macrosegregations or their disappearance.
- the casting method with electromagnetic stirring corresponds to either a non-stationary electromagnetic stirring mode, or to a stationary electromagnetic stirring said plating, as defined below.
- the non-stationary electromagnetic stirring mode is defined by a magnetic parameter called force, governing the Lorentz force of maximum intensity (F max ); this magnetic force parameter is variable in a predetermined time interval (At), said parameter being:
- the stationary electromagnetic stirring electroplating mode is defined by the fact that the sliding magnetic field propagates along a propagation axis parallel to the vertical casting axis; the frequency (/) is less than 5 Hz; and the casting velocity (V) and the frequency (/) are adapted such that throughout the middle zone of the marsh, at the interface between the liquid alloy (1b) and the front, the angle of inclination the force (b) is strictly less than the angle of inclination (a) of the front.
- the aluminum alloy flat product thus obtained has, for one element of the aluminum alloy, whose weight content is greater than 0.5%, or for the sum of several elements of the alloy of which the individual content by weight is greater than 0.5%, a dispersion criterion e of less than 3.3, preferably less than 3, more preferably less than 2.5, even more advantageously less than 2 and preferably less than 1.5, the dispersion criterion being defined according to the following expressions:
- max (C ZA ) and min (C ZA ) denote respectively the maximum and minimum concentrations of the element considered or the sum of the considered elements measured in an analysis zone (ZA), exhibiting intermittent macrosegregations, for example between the thicknesses T / 3.3 and T / 2.3 of said flat product;
- max (C Z R) and min (C Z R) denote respectively the maximum and minimum concentrations of the element considered or the sum of the considered elements measured in a reference zone (ZR), considered as little affected by intermittent macrosegregations for example between the thicknesses T / 12 and T / 6 of said flat product, but still excluding the peripheral zones possibly affected by cortical macrosegregation; said concentrations being measured on at least one profile set at half width in a vertical plane L / TC and in the direction TC, said profile being representative of said intermittent macrosegregations of the element under consideration in the direction TC.
- Figures 1 and 2 show the main components of the casting device for implementing the invention.
- FIGS. 3 and 4 respectively represent a spatial and temporal distribution of the amplitude of a non-stationary sliding magnetic field, according to one of the embodiments of the invention (casting with non-stationary electromagnetic stirring).
- Figures 5 and 6 respectively show a spatial and temporal distribution of the amplitude of a stationary sliding magnetic field according to another embodiment of the invention (casting with stationary electromagnetic electromagnetic stirring).
- FIG. 7 represents a so-called free-surface resonance curve of the marsh, representing so-called critical values of the intensity and the frequency of an induction current to which a resonance of the free surface of the marsh appears, this in implementing an electromagnetic stirring process.
- FIGS. 8, 9 and 10 respectively represent a so-called CR free surface resonance curve of the marsh, obtained by implementing a casting method using non-stationary magnetic field stirring in the respective examples 1, 3 and 4 according to FIG. invention.
- FIG. 11 illustrates a Lorentz force applying to a part of the marsh of a casting implementing the invention according to a stationary stirring process.
- FIGS. 12A, 12B, 12C and 12D show results of simulations making it possible to obtain the average orientation of a Lorentz force in the marsh, at the forehead, respectively at different frequencies, for a casting speed of 55 mm per minute by implementing a casting with stationary electromagnetic stirring.
- FIGS. 12E, 12F, 12G and 12H show simulation results making it possible to obtain the average orientation of a Lorentz force in the marsh, at the forehead, respectively at different frequencies, for a casting speed of mm per minute using a casting with stationary electromagnetic stirring.
- FIGS. 13A and 13B are curves established by respectively considering different frequencies, and representing an evolution of an angle, called a differential angle, along the front, the differential angle representing a difference between the angles, with respect to the vertical, respectively formed by the Lorentz force and the forehead.
- a casting speed of 55 mm per minute was considered.
- Fig. 13B a casting speed of 35 mm per minute was considered.
- FIG. 14 shows an abacus making it possible to define an operating range as a function of the casting speed (abscissa axis) and the casting thickness (ordinate axis), in order to obtain an orientation of the Lorentz force in a median zone extending between T / 2 ⁇ T / 4 according to a casting process with stationary electromagnetic stirring.
- a flat product is a product of parallelepipedal shape extending parallel to a longitudinal axis (L), and whose section perpendicular to the longitudinal axis has a width (TL) and a thickness (TC), the thickness (TC) being less than the width.
- All the aluminum alloys mentioned in the document are designated, unless otherwise indicated, in accordance with the designations defined by the "Aluminum Association” in the “Registration Record Sériés” which it publishes regularly.
- the static mechanical characteristics in tension in other words the tensile strength R m , the yield strength at 0.2% elongation R p o . 2, and elongation at break A%, are determined by a tensile test according to standard NF EN 1SO 6892-1 (2016), the sampling and the meaning of the test being defined by the standard EN 485 (2016). ).
- the stress intensity factor (Kic) is determined according to ASTM E 399 (2012).
- the grain sizes are measured according to ASTM El 12-12.
- the notch resistance allowance is determined by E 602-03.
- T / n denotes a region located at a distance T / n from the surface of a parallelepiped product where T designates the thickness of the product said parallelepipedal product extends parallel to a longitudinal axis (L), and whose section perpendicular to the longitudinal axis has a width and a thickness, the thickness being less than the width.
- the inventors have found that a flat product resulting from an ingot obtained according to the casting process conditions of the invention and then converted according to a conversion process comprising a roughing, a dissolution, quenching and tempering or ripening allowed to obtain a good compromise between toughness, yield strength and elongation.
- the compromise is obtained for the toughness defined according to the E399-12 standard measured at mid-thickness in the LT direction, the elastic limit measured in the longitudinal direction (L) and the elongation at break measured in the short transverse direction. (TC).
- the wrought solution is not always possible depending on the thickness of the desired product. This is particularly the case for aluminum alloy flat products, in particular 7XXX series of hardened aluminum alloys used in the field of mechanical mold machining. These are conventionally used at thicknesses greater than 400 mm, preferably greater than 500 mm, even more preferentially greater than 600 mm.
- the inventors have found that flat products obtained from an ingot of thickness greater than 400 mm, preferably greater than 500 mm, even more preferably greater than 600 mm obtained according to the casting process conditions of the invention and then transformed according to a transformation process comprising dissolution, quenching and tempering or maturing but not including a plastic deformation step greater than 5% allowed to obtain a reduced property gap in the thickness.
- this improvement is observed for the measured fracture elongation between the surface and the mid-thickness in the TL direction and the notch resistance reduction measured at half thickness and quarter thickness in the TL direction.
- the invention is based on the finding made by the inventors that the combination of the casting method described in Applications PCT / FR2017 / 051195 or FR 1761200 to obtain an aluminum alloy ingot of thickness greater than 400 mm and a process transformation comprising a dissolution at a temperature above 450 ° C, quenching and tempering or maturation provides a better compromise of properties in the thickness of the processed flat product.
- the inventors attribute this benefit to the reduction of intermittent macrosegregation in the processed flat product.
- Applications PCT / FR2017 / 051195 and FR 1761200 both seek to reduce intermittent macrosegregations in the cast ingot using a sliding magnetic field. Casting with non-stationary electromagnetic stirring will be called casting conditions described in application PCT / FR2017 / 051195 for reducing intermittent macrosegregations. We will call casting with stationary electromagnetic stirring plating conditions described in the application FR 1761200 to reduce intermittent macrosegregations.
- the flat product extends parallel to a longitudinal axis (L), and whose section perpendicular to the longitudinal axis has a width (TL) and a thickness (TC), the thickness (TC) being less than the width, the thickness of said flat product being greater than 12.5 mm.
- the flat product has a thickness greater than 40 mm, and even more preferably greater than 70 mm.
- the intermittent macrosegregations of the flat product can be characterized by performing chemical analyzes according to the thickness of the product, preferably linear profiles along the TC axis in the L-TC plane of the product. These profiles are preferably made to quarter width or half width. These chemical analyzes can be carried out by microprobe or by any other method with a spatial resolution of at least 0.1 mm.
- the profile obtained with a resolution of at least 0.1 mm is the raw profile.
- a sliding average of 2 mm eliminates microsegregation and provides a smooth profile.
- Another slippery average of the 50 mm gross profile makes it possible to get rid of intermittent macrosegregations and to obtain the continuous macrosegregation profile.
- the continuous macrosegregation profile is subtracted from the smoothed profile to obtain a so-called corrected profile, corresponding to the intermittent macrosegregation.
- the corrected profile is primarily representative of intermittent macrosegregation, and is unaffected or unaffected by central continuous macrosegregation and microsegregation. Such a corrected profile makes it possible to characterize the intermittent macrosegregation.
- max (CZA) and min (CZA) denote respectively the maximum and minimum concentrations of the considered element measured between T / 3.3 and T / 2.3.
- the element considered is an element whose content in weight in the alloy is greater than or equal to 0.5%. It may be, preferably, the major element of the alloy, the term major element corresponding to the definition given by The Aluminum Association.
- the maximum deviation AC / A can be normalized by the nominal concentration Co of the element under consideration.
- the products according to the invention preferably have a value of such a ratio standardized less than 10% and preferably less than 8% or even less than 6%.
- the absolute value of AC ZA can be influenced by the thickness of the product, the nature of the element considered, in particular its partition coefficient and / or its concentration. It is therefore useful, in order to characterize the products obtained by the process according to the invention, to calculate, by way of reference, a maximum difference in a reference zone ZR which is not very sensitive to intermittent macrosegregations, located between T / 12 and T / 6, this maximum deviation that can be expressed according to the following equation:
- max (CZR) and min (CZR) denote respectively the maximum and minimum concentrations of the considered element measured between T / 12 and T / 6.
- the lower e is, the less intermittent macrosegregations are marked.
- the products obtained by the process according to the invention preferably have a dispersion criterion e of less than 3.3, preferably less than 3, more preferably less than 2.5, still more preferably less than 2 and preferably less than 1.5.
- This dispersion criterion can also be applied to several elements whose individual content is greater than 0.5%.
- the values for normalizing the maximum deviation AC / A, and / or the Fourier transform correspond to the sum of the nominal concentrations of the considered elements.
- the intermittent macrosegregation has periods between two values defined according to the reduction rate R applied to the ingot during the transformation process. Typically the intermittent macrosegregation has periods of between 8 / R and 25 / R mm.
- the reduction ratio is the ratio between the thickness of the ingot obtained by the casting process and the thickness of the final flat product obtained after grinding or if a scalping is performed the thickness obtained after scalping and the thickness of the final flat product. obtained after wrought.
- the reduction rate is equal to 5.
- the reduction ratio is substantially equal to 1. There is therefore in this case a peak of the amplitude of the Fourier components for spatial periods between 8 and 25 mm.
- An adimensional spectral intensity criterion z is determined which corresponds to the maximum amplitude of the Fourier components in a range of spatial period between 8 / R and 25 / R mm, normalized by the nominal concentration Co of the considered element.
- the products obtained by the process according to the invention preferably have a z-criterion less than 0.01, preferably less than 0.007 and preferably less than 0.005.
- the dispersion criteria e and spectral intensity z are advantageously applied to the major element of the alloy in question, typically Zn for a 7xxx alloy or Cu for a 2xxx alloy. These criteria can also be applied to the sum of several elements whose individual content is greater than 0.5%, for example the sum Zn + Cu in some alloys 7xxx or the sum Mg + Si in alloys 6xxx.
- the values to normalize the maximum deviation AC / L, and / or the Fourier transform correspond to the sum of the nominal concentrations of the considered elements.
- Figures 1 and 2 illustrate an ingot mold allowing an implementation of the invention.
- an aluminum alloy 1 flows into an ingot mold 2, through an opening 2i.
- the casting is carried out along a vertical axis Z, through the ingot mold.
- the mold is delimited by a peripheral enclosure whose section, in a horizontal plane XY, is parallelepipedic.
- the mold defines a frame, parallel to a longitudinal axis Y, along a width W, and, parallel to a transverse axis X, defining a thickness T.
- the width W is greater than the thickness T.
- the thickness T corresponds to a distance between two vertical walls 2p defining the ingot mold 2.
- the casting forms a parallelepiped ingot.
- a plane, said median plane M, extends at mid-thickness (T / 2), parallel to the vertical axis Z and the longitudinal axis Y of the ingot.
- the thickness T is greater than 400 mm, preferably greater than 500 mm and even more preferably greater than 600 mm.
- the thickness T is preferably between 400 mm and 750 mm.
- a cooling fluid 3 flows against the wall of the solidified ingot. This process is known as semi-continuous casting by direct cooling ("Direct- chili Casting ").
- a false bottom 4 is translated so as to move away from the opening 2i during the casting. The translational speed of the false bottom corresponds to a so-called casting speed V.
- a solid alloy zone ls forms, near the cooled enclosure, around an alloy zone liquid lf, referred to as "swamp”.
- the interface between the marsh l and the solid zone ls forms a front 10.
- the front 10 has a slope, relative to the vertical, variable depending on the position in the thickness.
- the angle of the front is called an angle a between the tangent to the front, at a point, and the vertical, that is to say the Z axis.
- the angle of the front is shown in Figure 11. The angle of the front varies along the transverse axis X.
- the front 10 is stationary: it remains substantially at the same position, while the material moves vertically at the casting speed.
- intermittent macro-segregations 11 are formed in the ingot, and in particular in a thickness range between T / 3.3 and T / 2.3 on either side of the median plane M.
- the alloy is an aluminum alloy of the 1XXX, 2XXX, 3 XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX or 8XXX series. Alloys whose mass fraction of alloying elements is greater than 1%, or even greater than 3% or even 5%, are particularly suitable for a process according to the invention, since the greater the mass fraction of these alloying elements is significant, the more intermittent segregations are marked.
- the invention is particularly advantageous for alloy products of type 2XXX, 6XXX or 7XXX.
- a magnetic field generator 5 capable of generating a magnetic field B intended to be applied to the liquid alloy lf.
- a generator may be a moving permanent magnet or an electromagnetic inductor, the latter generating a magnetic field when traversed by an electric current, said induction current.
- the magnetic field B applied to the liquid alloy lf is an alternating field of amplitude B 0 and frequency /.
- the effect of this magnetic field is to apply a mixing of the marsh, by means of Lorentz forces applying to the liquid alloy lf.
- the application of a magnetic field B generates, in the alloy, the formation of a resulting electric current J, within the liquid alloy lf subjected to the magnetic field, in the appearance of a force of Lorentz F such that F oc J x B where x denotes the vector product operator, and oc denotes a proportionality relation.
- the Lorentz force has an oscillating component at a frequency twice the frequency / magnetic field.
- the frequency / is chosen so as to allow sufficient penetration of the magnetic field B in the marsh, so as to obtain a stirring effective liquid.
- the frequency / is all the lower as the thickness of the product is high.
- the frequency is preferably less than 5 Hz, and even more advantageously less than 2 Hz or 1 Hz.
- the generator 5 is able to generate a sliding magnetic field.
- the term "sliding magnetic field” designates an alternating magnetic field, whose amplitude B 0 is not constant, and varies between a minimum value and a maximum amplitude B TM ax , the maximum amplitude B TM ax propagating along an axis of spread.
- amplitude we mean the maximum value taken by a periodic quantity.
- the application of a sliding magnetic field is translated, at a point of the marsh, by a periodic variation of its amplitude.
- the amplitude of the magnetic field at a point in the marsh varies as a function of time, between a minimum amplitude B TM ul and a maximum amplitude B TM ax .
- the sliding magnetic field generator 5 may consist of several electromagnetic inductors arranged around the peripheral enclosure.
- FIG. 2 shows three pairs 5 1 , 5 2 and 5 3 of electromagnetic inductors.
- the upper part 5s of the inductors is positioned at the level of the free surface l sup of the liquid alloy.
- Each inductor has a phase shift of 90 ° between the upper part 5s and the lower part 5i.
- a device as described in patent application WO2014 / 155357 was used.
- Large face of an ingot it is understood a face extending along the longitudinal axis Y and the vertical axis Z.
- Each inductor comprises one or more coils.
- each coil is disposed at a distance of 185 mm from the mold.
- the distance between a coil of an inductor and the mold may be between 10 mm and 200 mm and preferably for reasons of space between 130 mm and 200 mm.
- the sliding magnetic field can also be generated from one or more permanent magnets disposed at the periphery of the mold and set in motion relative thereto. For example, it is possible to generate a sliding magnetic field by rotating a permanent magnet.
- FIG. 5 represents an example of distribution of the amplitude Bo of a magnetic field sliding along a propagation axis D at a time t (continuous line), and at a time t + D ⁇ (dashed line).
- a coordinate r corresponding to the position of a marsh point.
- Figure 5 illustrates a time evolution of an alternating magnetic field sliding at this point. This evolution is periodic, and is carried out according to a period P.
- the application of a sliding magnetic field is translated, in a point of the swamp, by a periodic variation of its amplitude.
- the amplitude the magnetic field at a point in the marsh varies with time, between a minimum amplitude B TM ul and a maximum amplitude B TM ax .
- the Lorentz force at a coordinate point r of the marsh, has an oscillating component, modulated at a frequency 2f double the frequency of the magnetic field.
- the amplitude Fo of the oscillating Lorentz force density can be explained according to the expression:
- the amplitude of the Lorentz force, at a point r of the marsh, depends on the square of the amplitude of the magnetic field applied at this point.
- the propagation of a maximum value of the amplitude of the magnetic field B TM ax , along an axis of propagation causes, simultaneously, the propagation of a Lorentz force of maximum intensity F max along the axis of propagation.
- the combination of forces propagating along the axis of propagation establishes a movement of the liquid along this axis constituting an electromagnetic stirring.
- the inventors have found that it is possible to improve the properties of a flat aluminum alloy product greater than 12.5 mm thick by adjusting the stirring conditions during the casting of the ingot used to obtain the flat product. after transformation of said ingot.
- the process of transformation comprising dissolution at a temperature above 450 ° C, quenching and tempering or ripening to obtain a flat product of aluminum alloy.
- a scalping operation can be performed during the transformation process in order to eliminate unacceptable surface defects if a wrenching operation, as the rolling is subsequently performed.
- the inventors have discovered two casting modes for improving the properties in the thickness of the flat product:
- the inventors have found that by modulating, in time, the maximum amplitude of the Lorentz force F max propagating in the marsh, the intermittent macrosegregations are attenuated or even disappear, and this particularly on ingots whose thickness is greater than 400 mm.
- This temporal modulation can be obtained by a variation of a parameter, called magnetic force parameter, controlling the amplitude of the Lorentz force density explained in equation (1), for example:
- the non-stationary electromagnetic stirring process may include any of the following characteristics, taken alone or in combination:
- the frequency of the magnetic field is less than 5 Hz, or 2 Hz or 1 Hz;
- the Lorentz force of maximum intensity, propagating along the axis of propagation, varies by at least 30 Nm 3 in a time interval of between 50 seconds and 10 minutes;
- the magnetic field is such that the absolute value of the variation of the density of the maximum Lorentz force is greater than or equal to 0.05 Nm 3 .
- the axis of propagation of the maximum amplitude of the magnetic field belongs to a plane parallel to the direction of casting;
- the variation of the force parameter is periodic, the period being between 50 s and 20 minutes, or between 1 minute and 15 minutes, or between 2 minutes and 10 minutes;
- the Lorentz force of maximum intensity is not equal to zero during the casting, the variation of the force parameter is not obtained by a periodic interruption of the sliding field.
- the adimensional number of Hartmann, in at least one point of the liquid part of the alloy varies by at least a factor of 3, or even a factor of 5, in said time interval;
- the aluminum alloy is chosen from alloys of types 2XXX, 6XXX or 7XXX.
- the generators are electromagnetic inductors, each electromagnetic inductor being traversed by a current called induction current.
- the method comprises, during said time interval: a variation of an intensity of the induction current;
- the method may comprise a variation of the intensity or frequency of the induction current flowing through an inductor, the method then comprising:
- the method may include a definition of a plurality of critical values of the intensity and frequency of the induction current, so as to define a resonance curve, representing the critical intensity and frequency values generating a resonance of said free surface, the method comprising determining a range of variation of the intensity or frequency of the induction current in a range delimited by said resonance curve.
- the method comprises a variation of the frequency of the induction current flowing through an inductor.
- At least one generator is a permanent magnet, the method comprising:
- the temporal modulation of the Lorentz force density can be obtained by modifying the polar pitch, that is to say the phase shift between the induction currents flowing in each inductor.
- a modification makes it possible to vary the wavelength 1 of the sliding magnetic field, that is to say the distance between two maxima propagating along the axis of propagation.
- the frequency of the induction current flowing in the inductors can be variable, which modifies the frequency / magnetic field.
- the amplitude of the induction current can also be variable, which modifies the value of the maximum amplitude B TM ax of the magnetic field.
- FIG. 3 shows an embodiment in which the value of the maximum amplitude B TM ax of the magnetic field and the wavelength l of the sliding magnetic field are variable over time.
- a spatial distribution of the amplitude B 0 (t) in the marsh, at a time t (continuous line), as well as a spatial distribution of the amplitude B 0 (t + At) has been represented at a moment t + At (dashed line).
- the maximum amplitude B TM ax varies between B TM ax (t) and B TM ax (t + At).
- the wavelength has been changed from A (t) to A (t + At).
- FIG. 4 which represents a temporal evolution of an alternating magnetic field sliding at a point, shows an embodiment in which the value of the maximum amplitude B TM ax of the magnetic field varies, over time, for a constant frequency / wavelength l.
- the maximum amplitude of the Lorentz force, propagating in the marsh varies between t and t + At, between the values F max (t) and F max (t + At).
- the temporal modulation of a force parameter is implemented during casting, during a significant period of time, preferably greater than 50% or even 80% of the duration of the casting. This temporal modulation may for example be applied for at least 30 minutes, or even at least 1 hour.
- a sliding magnetic field B can in particular be generated from two inductors disposed on the same face of the ingot.
- the inductors are preferably arranged facing a large face of the ingot, that is to say one of the two faces of the ingot having the largest vertical section.
- the inductors can be superimposed on one another, so as to generate a so-called vertical phase shift, or arranged side by side, so as to generate a horizontal phase shift. It is possible to use a device described in the application WO2014 / 155357, and more precisely three inductors, oriented along the vertical axis Z, are arranged facing each large face of the ingot.
- the sliding magnetic field can also be generated from one or more permanent magnets disposed at the periphery of the mold and set in motion relative thereto. For example, it is possible to generate a sliding magnetic field by rotating a permanent magnet.
- a variation of the sliding magnetic field parameters be it its amplitude, its frequency or its wavelength makes it possible to apply a non-stationary Lorentz force in the marsh.
- the inventors have found that this makes it possible to attenuate the appearance of intermittent macrosegregations or even to make them disappear. Such conditions probably affect spontaneous recirculations in the marsh and reduce their consequences.
- the rate of variation of the maximum Lorentz force density is greater than 0.05 Nm.sup.- 1 , and preferably greater than 0.1 Nm.sup.- 1 , and preferably greater than 0.2 Nm.sup.2. s 1 .
- the maximum speed of variation of the maximum density of Lorentz force during casting is at least 1 Nm 3 . s 1 and preferably at least 2 Nm 3 . s 1 .
- the variation of one or more force parameters takes place in a time interval that is less than or equal to the characteristic durations of the recirculations generated by natural convection. These times vary according to the thickness of the ingot and the casting speed. Considering thicknesses e between 400 mm and 700 mm, and casting speeds of between 30 mm / min and 80 mm / min, the characteristic durations of the recirculations extend between 50 seconds (thickness of 400 mm, casting speed 30 mm / min) and 10 minutes (thickness of 700 mm, casting speed of 80 mm / min).
- the force parameters vary in a time interval At determined according to these characteristic times.
- variation is meant a significant variation, of at least 10% of the force parameter considered, and preferably of at least 20% or even 30% of the force parameter.
- the variation of a force parameter may be periodic, the time period of variation may be of the order of a characteristic recirculation time, that is to say be between 50 seconds and 10 minutes depending on the conditions of dimensions and speed of the casting.
- the maximum density of Lorentz force varies by at least 30 Nm 3 , and advantageously by at least 40 Nm 3 , and preferably by at least 50 Nm 3 and even more preferably at least 60 Nm 3 .
- the variation of a force parameter can also be monotonous during the casting, for example according to an increasing or decreasing function between the beginning and the end of the casting, the value of the force parameter varying continuously or in successive increments .
- the Lorentz force of maximum intensity is not equal to zero. Typically, it is zero when the current in the inductors or coils is zero. Therefore, advantageously, the variation of the force parameter is not obtained by a periodic interruption of the sliding field.
- the Lorentz force of maximum intensity is greater than 80 N / m 3 , preferably greater than 100 N / m 3 , preferably greater than 120 N / m 3 . even more preferably greater than 140 N / m 3 .
- the inventors have indeed found that the suppression of intermittent macrosegregations was not optimum when the force was too weak.
- the minimum value from which the suppression of intermittent macrosegregations is improved depends on the set of casting parameters, in particular the mixing mode, the position of the inductors with respect to the plate and the composition of the alloy.
- the frequency / and / or the maximum amplitude B TM ax of the magnetic field are modified respectively by varying the frequency and amplitude of the induction current flowing in inductors.
- the method may comprise a preliminary step of defining an operating range, that is to say a range of variation of the frequency and / or intensity of the induction current.
- This preliminary step comprises the determination of one or more values of frequency / intensity pairs, called critical values, generating, on the free surface of the sup of the marsh, a resonance, the resonance resulting in the appearance of significant oscillations of said free surface l sup , the latter being shown in Figure 7.
- significant oscillations are generally observed with the naked eye.
- significant oscillation is meant for example an oscillation whose amplitude is greater than or equal to 5 mm along the vertical axis Z.
- the frequency of the current is fixed and the intensity of the induction current is increased up to a significant oscillation is observed.
- a resonance curve CR in a frequency / intensity plane corresponding to the different pairs (frequency / intensity) at which a resonance is observed at the free surface marsh. From this curve CR, a range of variation of the intensity and / or the frequency is determined so as to avoid or limit the appearance of a resonance of the free surface of the marsh. Indeed, the resonance curve defines a zone of stability and a zone of instability, in which the casting can become dangerous.
- the fact of modulating the frequency or the intensity of the induction current, and therefore the frequency / or the maximum amplitude B TM ax of the sliding magnetic field makes it possible to approach temporarily the resonance curve CR, by example periodically, while remaining in the stability zone. This maximizes the intensity of the Lorentz force, and therefore the mixing of the marsh, while remaining in acceptable safety configurations. Indeed, in the vicinity of the resonance curve, the brewing effect is particularly important.
- Such a resonance curve CR depends on the casting conditions, that is to say the dimensions of the mold, the distribution system and in particular the presence of a floating frame in the liquid metal, the casting speed , the configuration of the applied magnetic field, the latter depending on the magnetic field generator, that is to say the inductors or the permanent magnet or used.
- Resonance curves CR are shown in FIGS. 8 and 9, the curve of FIG. 8 was obtained by casting an ingot of section 625 mm ⁇ 1520 mm, according to the conditions of example 1, the curve of FIG. was obtained by casting a ingot section 525 mm x 1650 mm, according to the conditions of Example 3.
- abacuses representing a percentage of the intensity of a Lorentz force, said nominal , 100% corresponding to the intensity of the maximum induction current that can be used in the installation when the frequency is equal to 0.2 Hz.
- This intensity corresponds to the appearance of a resonance at the frequency of 0.2 Hz.
- intensity and frequency of the induction current lie in a space delimited by the iso-force value curve representing a certain percentage of the intensity of the nominal Lorentz force, for example 10% of this intensity, and the resonance curve.
- the method comprises a variation of the frequency of the induction current flowing through an inductor.
- the inventors have found that it is advantageous to vary the frequency because the resulting change in field penetration allows the force gradient to be varied more effectively in the thickness and depth of the liquid well.
- the power electronics cause the frequency variation to be faster than the intensity variation; which gives an additional degree of freedom to the weaker periods of unsteady forcing. It is indeed advantageous to decouple the hydrodynamic characteristic times characteristic times of solidification to avoid intermittent macrosegregations.
- the inventors have found that it is possible to limit the appearance of intermittent macro-segregations 11 by adjusting the electromagnetic stirring when the average Lorentz force applying to the liquid alloy 1i flowing at the level of the front 10 has some degree of orientation, and this in a central zone of the marsh, extending symmetrically on either side of the median plane M, between T / 2 - T / 4 and T / 2 + T / 4.
- the thickness of the central zone M corresponds to half the thickness of the ingot.
- Average Lorentz force means an average of the Lorentz force during a period P of the magnetic field.
- the period P of the magnetic field corresponds to the time interval separating two successive maxima or minima of the magnetic field, as represented in FIG. 4.
- the period P corresponds to the inverse of the frequency /.
- the inventors have observed that in the median zone, at the interface of the marsh 1f and the solid alloy 1s, at the level of the front 10, the angle b formed by the average Lorentz force F, relative to the vertical , should be advantageously less than the angle a forehead, previously mentioned, corresponding to the angle between the tangent to the front and the vertical, the angles a and b being oriented in the same direction. In other words, it is advantageous that the direction of the average Lorentz force F is closer to the vertical than the direction of the tangent to the front.
- the average Lorentz force F is oriented towards the solid alloy ls, and not towards the liquid alloy II.
- This condition is illustrated In this figure, there is shown a section of a casting in a plane XZ.
- the position of the median plane M corresponds to the thickness T / 2.
- the angle of inclination of the average Lorentz force is at least 4 ° lower than the angle of inclination of the forehead, so that the average Lorentz force is more inclined towards the vertical, as the forehead.
- the frequency is less than 2 Hz or less than 1 Hz.
- the casting speed is less than 45 mm / minute or 40 mm / minute.
- the casting speed and the frequency are adapted so that in the middle zone of the marsh, in an interface layer between the liquid alloy and the front, the angle of inclination of the force mean Lorentz is strictly less than the angle of inclination of the front, the interface layer having a thickness, in a direction perpendicular to the front, is less than 2cm or 1 cm or 5 mm.
- the plating stationary electromagnetic stirring casting process may comprise, prior to casting, a Lorentz force modeling application at at least one point of the front, so as to define, given the thickness of the mold, a frequency value and / or a casting speed value for obtaining an average Lorentz force, whose angle of inclination with respect to the vertical, is less than the angle, at said point, formed by the front in relation to the vertical.
- this modeling is performed at different points along the front along the transverse axis.
- the modeling can make it possible to define a frequency value and / or a value of casting velocity making it possible to obtain an average Lorentz force whose angle of inclination, with respect to the vertical, is less than 4 ° to the angle of inclination formed by the front relative to the vertical.
- the plating effect of the liquid alloy 1 f against the front 10 is obtained at the interface between the liquid alloy and the front 10.
- this effect is obtained in a layer, called the adjacent interface layer. on the forehead, whose thickness is less than 2 cm, or 1 cm or 5 mm.
- the thickness is defined in a direction perpendicular to the front. It is indeed in such a layer that the liquid alloy, in contact with the cold isotherm formed by the front, becomes locally denser. A convective boundary layer is then formed along the front, in which the flow of the liquid alloy is accelerated, and can detach from the front, leading to the appearance of vortices. It is mainly in this layer that it is necessary to apply a Lorentz force, plating the liquid alloy against the front, in order to maintain the liquid alloy against the front, so as to limit the formation of intermittent macro-segregations. .
- the Lorentz force F tends to press the liquid alloy 1 f of the swamp against the front 10, which limits the formation of intermittent macro-segregations.
- the Lorentz's strength is called plating. It allows the formation of a convective laminar flow along all or part of the front 10, limiting the appearance of intermittent macro-segregations.
- the phenomenon of plating the liquid alloy by the Lorentz force against the front 10 is more marked than the casting speed V and the frequency / are low.
- the skilled person can model the orientation of an average Lorentz force F, exercising during a period, in the marsh.
- Calculation codes for example the AC / DC module of the COMSOL code, allow such modeling, based notably on the characteristics of the inductors (dimensions, number of ampere-turns, polar pitch, positioning relative to the mold) , the geometry of the mold and operational parameters such as the casting speed or the frequency of the magnetic field.
- the simulations make it possible to model the electromagnetic stirring of the liquid alloy and to estimate a temporal evolution of the Lorentz F force, at any point of the marsh, during a period. By evolution, one understands as well the evolution of the intensity as the evolution of the direction. It is then possible to determine the orientation and the intensity of the average Lorentz force applying at a point of the marsh during a period P of the magnetic field.
- FIGS. 12A, 12B, 12C and 12D show the orientation of the average Lorentz force, obtained by simulation, at different points of a front 10.
- the abscissa axis represents a position along the transverse axis X and the ordinate axis represents a position along the vertical axis Z.
- the frequencies considered are respectively equal to 5 Hz (FIG. 12A), 1 Hz, 0.5 Hz and 0.2 Hz (FIG. 12D), the casting speed being 55 mm / min.
- the Lorentz force is plating when the angle b of the average Lorentz force F is less than the angle a of the front.
- FIGS. 12E, 12F, 12G and 12H respectively show the mean orientation of the Lorentz force, obtained by simulation, at different points of a front 10, the frequencies being respectively equal to 5 Hz, 1 Hz, 0.5 Hz and 0.2 Hz .
- FIGS. 12A to 12H show so-called normalized forces, each force being normalized by its intensity, so as to better show the evolution of the Lorentz average time force orientation on the front 10, depending on from the position along the front.
- the comparison of FIGS. 12A to 12H shows that the lower the frequency, the greater the thickness range Dc according to which the Lorentz force becomes plating.
- the thickness range Dc extends from the median plane M towards the wall of the mold, along the transverse axis X. It widens as the frequency decreases.
- the lower the casting speed the greater the thickness range in which the Lorentz force is plating. It is therefore advantageous to favor both a frequency / low, preferably less than 2 Hz, or even 1 Hz, and a low casting speed, preferably less than 45 mm / min, or even 40 mm / min.
- FIGS. 13A and 13B show the evolution of the differential angle Q as a function of a position x on the front 10, along the transverse axis X.
- the abscissa represents the position x, expressed in meters, on the forehead along the transverse axis.
- the coordinate x 0.26 corresponding to the wall 2p of the mold.
- FIGS. 13A and 13B were obtained by considering respectively a casting speed of 55 mm / min and 35 mm / min. In each figure, the simulations of the orientation of the average Lorentz force F have been carried out by successively considering several frequencies /, between 5 Hz and 0.2 Hz.
- the Thickness ranges are all the more important as the frequency is low and the casting speed is low.
- the optimal results are obtained for f ⁇ 2 Hz, even / ⁇ 1 Hz, and when the casting speed is 35 mm.
- the lower the frequency the greater the intensity of the Lorentz force applied to the liquid alloy bordering the front, in the thickness range T / 2 - T / 4, is important. This reinforces the strength of the Lorentz force and increases the desired technical effect.
- the inventors have established an abacus, shown in FIG. 14, making it possible to define an operating range for which the Lorentz force is considered sufficiently plating, that is, that is, when the differential angle Q is greater than or equal to 4 °.
- the axis of abscissa and ordinate of the abacus respectively corresponds to the casting speed V and the thickness T of the ingot.
- the abacus makes it possible to define the casting speed and the maximum frequency making it possible to place oneself in the conditions of implementation of the invention.
- This chart depends on the number and characteristics of the inductors, their positioning relative to the mold, the dimensions of the latter and the operational parameters of the installation, in particular relating to the applied magnetic field.
- the person skilled in the art knowing the characteristics of the installation, can carry out simulations aimed at obtaining the orientation of the average Lorentz force F at different points along the front 10, along the transverse axis X. then determining a frequency range and a range of casting speed for which Q> 0 °, or advantageously Q> 4 °, is obtained so as to implement the invention and obtain the desired technical effect, that is, that is, a limitation of the intermittent macro segregation between T / 2 and T / 4, and more particularly between T / 2.3 and T / 3.3.
- the inventors have found that by using an ingot of thickness at least greater than 400 mm, preferably greater than 450 mm, even more preferably greater than 500 mm, even more preferably greater than 600 mm, ingot obtained in using the non-stationary electromagnetic stirring casting mode or the melt casting mode stationary electromagnetic electroplating as described, it was possible to obtain a flat product with a thickness of at least greater than 12.5 mm, after a conversion process comprising dissolution at a temperature above 450 ° C., quenching and tempering or a ripening. Said flat product thus obtained has a compromise of advantageous properties irrespective of the position in the thickness.
- a scalping operation can be performed during the transformation process to eliminate surface defects unacceptable especially if a rolling operation is performed subsequently.
- the dissolution is carried out at a temperature above 450 ° C.
- the solution treatment temperature is less than T so iidus, solidus temperature of the aluminum alloy in order to avoid the appearance of liquid.
- the solution treatment temperature is greater than T n IVUS - l0 ° C where T n IVUS is the temperature above which potentially soluble phases (generally consist only of elements whose content is at least 0.5%) are dissolved.
- the solution annealing temperature is between T n IVUS - 10 ° C and T n iidus.
- the solution product is quenched.
- the quenching can be done in air or water horizontally by spraying or immersion. Quenching is characterized by a cooling rate expressed in ° C / s.
- a critical quenching rate below which the final properties of the product are degraded due to coarse precipitation during quenching tending to deplete the solid solution of the alloy.
- the quenching rate is higher than the critical quenching speed of the product. It is possible, however, that the quench rate may be less than 0. 1 ° C / sec, preferably less than 0.05 ° C / sec. This type of quenching speed is particularly suitable for 7XXX alloys of AA7021 or AA7035 type.
- the income corresponds to a heat treatment carried out in one or more stages making it possible to obtain the mechanical characteristics corresponding to a peak income of type T6 or T8 or an over-income state of type T7.
- the heat treatment is preferably carried out at a temperature typically between 100 ° C and 200 ° C for a period of lh to 70h.
- Maturation means a metallurgical state T4 or T3.
- the inventors have found that in the case where the transformation process does not include plastic deformation greater than 5% of any of its dimensions, it was possible to obtain a better homogeneity of properties in the thickness, in particular the elongation and the reduction of resistance by notch effect.
- the transformation process does not include a hot rolling step or forging. It may, however, include a step of compressive stress relief but where the induced plastic deformation is not greater than 5%.
- the inventors have found that the improvement in properties in the thickness is even more marked than the thickness of the flat product is greater than 500 mm, even more preferably greater than 600 mm. This result is attributed to the fact that the intermittent macrosegregations are more marked when the thickness of the cast product increases. In the particular case where there is a small plastic deformation, the intermittent macrosegregations obtained after casting are substantially identical to those measured on the flat product.
- the granular microstructure of the flat product not undergoing plastic deformation greater than 5% is substantially equiaxed.
- G T , G L , G S the grain size respectively in the long cross direction, the long direction and the short cross direction of the flat product at half thickness, the ratio is less than 1.5
- the grain size G T , G L , G S is determined according to the intercepts method of the standard (ASTM El 12-12 ⁇ 16.3).
- the grain size G L can be determined in the longitudinal plane L / TC and corresponds to the notation g ( o ° ) of ASTM El 12-12 in Figure 7.
- the grain size G T can be determined in the longitudinal plane TL / TC and corresponds to the notation t t (0 ° ) of ASTM El 12-12 in Figure 7.
- the grain size Gs can be determined in the longitudinal plane L / TC and corresponds to the notation ig ( 90 ) of ASTM El 12-12 in Figure 7.
- This quenching speed range is particularly suited to aluminum alloys of the AA7021 or AA7035 type according to the standards of the Aluminum Association.
- the inventors have found that an aluminum alloy flat product hardened at a speed below 0.degree. C./s, typically an AA7035 or AA7021 type alloy obtained by the casting process and the process for converting it.
- the invention has a difference in elongation between the surface and the thickness of less than 3%, preferably less than 2.5%, more preferably less than 2%.
- the elongation measurement is carried out in the TL direction.
- the surface sampling is carried out in a plane situated between 4 and 80 mm with respect to the surface of the flat product, typically between T / 200 and T / 10, preferably between T / 150 and T / 80.
- the elongation difference in this flat product is less than 80%, preferably less than 70%.
- the elongation is measured according to standard NF EN ISO 6892-1 (2016) in the TL direction of the flat product.
- a flat aluminum alloy product hardened at a speed below 0.1 ° C./s typically an alloy of the AA7035 or AA7021 type obtained according to the casting process and the conversion process of the invention present between half thickness and quarter thickness a difference less than 50%, preferably less than 25% on the reduction of resistance by notch effect.
- the notch resistance allowance is evaluated using the Aluminum Association Standard Test E 602-03. It consists of measuring the maximum stress of the product in a defined direction obtained on a notched cylindrical specimen. The cut resistance is defined by the ratio of the measured maximum stress to the R0.2 value measured in the same direction on a non-notched specimen according to E8 and B557. This report is also called "Notch Strength Ratio" or "NSR".
- the inventors have found that the flat product thus obtained has an excellent aptitude for anodization in the sense that because of the intermittent macrosegregations little marked or absent, the anodized product had a homogeneous visual appearance: the anodic layer does not present differences in color or reflections associated with compositional differences.
- the flat product is machined and then anodized for use as injection mold parts or vacuum chamber elements.
- This wrought step is preferably obtained by hot rolling.
- Scalping involves machining the surface of the cast ingot and removing a certain thickness of material, typically between 20 mm and 100 mm, preferably less than 50 mm thick.
- the reduction ratio R is defined by the ratio between the thickness of the ingot obtained by the casting process and the thickness of the final flat product obtained after wrought or if a scalping operation is performed before wrought, the ratio between the thickness obtained after scalping and the thickness of the final flat product obtained after wrought.
- the thickness of the aluminum alloy flat product is between 40 and 200 mm, preferably between 70 and 120 mm.
- a spectral intensity criterion (z). This is less than 0.01, preferably less than 0.007 and preferably less than 0.005, said spectral intensity criterion being calculated in:
- the flat product has a substantially non-recrystallized microstructure and such that the ratio is greater than 2, preferably comprised
- GT, GL, GS respectively correspond to the size of non-recrystallized grains in the long cross direction, the long direction and the short cross direction of the flat product.
- the grain size measurement is made according to the intercepts method of the standard (ASTM El 12-12 ⁇ 16.3)
- the flat aluminum alloy product it is advantageous for the flat aluminum alloy product to correspond to an aerospace type alloy of the 7XXX or 2XXX or 6XXX series.
- the aeronautical type alloys can be within the 7xxx family, the grades 7010, 7040, 7050, 7150, 7250, 7055, 7056, 7068, 7049, 7140, 7149, 7249, 7349, 7449, 7050, 7055, 7056, 7060, 7160, 7075, 7175 and 7475 as defined by the Aluminum Association.
- the aerospace-grade alloy grades of the 2XXX family containing no suitable lithium and / or silver are, for example, 2014, 2022, 2023, 2024, 2026, 2027, 2056, 2224, 2324 and 2524 as defined. by the Aluminum Association.
- Suitable aerospace alloys of the 2XXX family containing lithium and / or silver may be 2050, 2055, 2060, 2065, 2070, 2076, 2090, 2091, 2094, 2095, 2196, 2296, 2097, 2197, 2297, 2397, 2098, 2198, 2099, 2199, 2029, 2039, 2139, 2297 and 2397, as defined by the Aluminum Association.
- the aerospace type aluminum alloys of the 6XXX family can be 6056, 6156, 6061, 6111, as defined by the Aluminum Association.
- the aluminum alloy has a temperature difference between the solidus temperature and the solvus temperature below 60 ° C, preferably below 40 ° C.
- the inventors have shown that it is possible to obtain an optimized compromise between the tenacity, the yield strength and the elongation at break.
- the tenacity defined according to the E399-12 standard measured at mid thickness in the LT direction is greater than 40 MPa.m 1 2
- the limit of Elasticity measured in the longitudinal direction (L) is greater than 470 MPa
- the break elongation measured in the short cross direction (TC) is greater than 6%, preferably greater than 7%.
- the products according to the invention can advantageously be used to produce structural elements, preferably aircraft structural elements.
- Preferred aircraft structural elements are spars, ribs, or fuselage frames.
- the invention is particularly advantageous for parts of complex shape obtained by integral machining, used in particular for the manufacture of aircraft wings and for any other use for which the properties of the products according to the invention are advantageous.
- 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 structural elements include the elements that make up the fuselage (such as fuselage skin (fuselage skin in English), stiffeners or stringers, bulkheads, fuselage (circumferential frarnes), wings (such as wing skin), stiffeners (stringers or stiffeners), ribs (ribs) and spars) and empennage including horizontal stabilizers and vertical stabilizers horizontal or vertical stabilizers, as well as floor beams, seat tracks and doors.
- fuselage such as fuselage skin (fuselage skin in English
- stiffeners or stringers such as wing skin
- wings such as wing skin
- stiffeners stringers or stiffeners
- ribs ribs
- spars spars
- empennage including horizontal stabilizers and vertical stabilizers horizontal or vertical stabilizers, as well as floor beams, seat tracks and doors.
- the flat product has an excellent aptitude for anodization in the sense that, because of the intermittent macrosegregations which are scarcely marked or absent, the anodized product has a homogeneous visual appearance: the anodic layer does not exhibit differences in colors or reflections associated with compositional differences.
- Example 1 flat product weakly wrought
- This ingot was obtained using a non-stationary electromagnetic stirring.
- the casting speed was 45 mm / min.
- the electromagnetic stirring was obtained by placing, facing each face of the ingot, three coils oriented along the axis z and traversed by an alternating current which was out of phase, in the central coil, by 90 ° with respect to the current in the extreme coils.
- the wavelength of the sliding field was therefore 2.4 m.
- the electromagnetic pump elements thus obtained were arranged in a mirror with respect to the large plane of symmetry of the ingot, the direction of sliding being parallel to the cross-long direction, the generated slips diverging from the mid-width of the ingot.
- the nonstationary forcing was obtained by imposing a cyclic variation of the alternating electric current that ran through the coils, as illustrated by the double arrow in the frequency vs intensity diagram of Figure 8.
- the strength of the force The maximum Lorentz volumic volume thus generated by the variation of the frequency typically varied between 290 N / m 3 and 420 N / m 3 over a period of 7 min, which corresponds to a rate of variation of approximately 0.30 N / m 3 / s. .
- the ingot thus obtained was then trimmed to obtain a final dimension of
- the product thus transformed was then characterized in the thickness, the yield strength Rp0.2, the breaking strength Rm and the elongation A% as defined according to the standard NF EN 1SO 6892-1 (2016), the sampling and the meaning of the test being defined by EN 485 (2016).
- the surface sampling is carried out so as to have the specimen tax in a plane located 5 mm from the surface. Moreover, these same properties have also been evaluated in the sense short traverse (TC), the traction test piece having its useful part centered at T / 2. The results are shown in Table 2.
- the static mechanical properties such as R p o.2 and R m obtained with the electromagnetic stirring are all higher than the average values of the conventional production of AA7035 alloy.
- the advantage of the electromagnetic stirring process is particularly pronounced for the elongation value. Indeed, with the process according to the invention, the elongation values at half thickness are 1.5 times greater than in the non-stirred case, conventional.
- the product according to the invention has an elongation gap between the surface and the middle thickness of 1.9% against 4.9% on the conventional product. This difference corresponds to a difference in elongation between the surface and the middle thickness of 68% for the product according to the invention against nearly 233% for the conventional product.
- the Notch Resistance Rating or "NSR” is evaluated using the Aluminum Association Standard Test E 602-03.
- the values measured on the product according to the invention are presented in Table 1.
- the measured values are between 0.9 and 1.1. They are also higher than the values obtained on the product obtained according to the conventional process which is usually between 0.5 and 0.8.
- This example is intended to be a reference. It aims to illustrate the properties obtained on a wrought flat product obtained from an ingot section 1700 x 377 mm according to a conventional casting process without electromagnetic stirring.
- Table 4 shows composition C of AA7050 cast in vertical casting according to a conventional casting process without electromagnetic stirring.
- the casting speed was 45mm / min.
- the ingot thus obtained undergoes homogenization for 30 hours at 482 ⁇ 2 ° C., followed by a scalping operation.
- the ingot then has a front section of 1700 x 337 mm.
- the ingot is rolled longitudinally with a reheating temperature between 395 and 430 ° C to reach a final thickness of 80 mm.
- the reduction rate is 4.2.
- Specimens of the CT-40 type were taken at mid-thickness to evaluate the tenacity along the L-T and T-L and S-L planes. With regard to the evaluation of the tensile characteristics in the cross-court plane, specimens of the type 4d with a diameter of 6 mm and a useful length of 27 mm were taken.
- the AA7050 alloy flat product according to a conventional casting process from an ingot of thickness 377 mm and having undergone a reduction rate of 4.2 has an L yield strength of 474 MPa, a TL toughness of 36.2 MPa.m 1 2 and a short through elongation of 7.5%.
- a casting of alloy AA7050 was made, the composition D of which is indicated in Table 6.
- An ingot with a section of 1650x525mm was thus obtained.
- the grain is refined using a refining yarn A1TiC3: 0.15 with an addition rate of 1.5 kg / ton.
- the casting speed was 45 mm / min.
- Electromagnetic stirring is a non-stationary electromagnetic stirring.
- the non-stationary electromagnetic stirring was obtained by placing, facing each face of the ingot, three coils oriented along the z axis and traversed by an alternating current which was out of phase, in the central coil, by 90 ° by relative to the current in the extreme coils.
- the wavelength of the sliding field was 2.4m.
- the electromagnetic pump elements thus obtained were arranged in a mirror with respect to the large plane of symmetry of the ingot, the sliding direction being parallel to the cross-long direction, the generated slips diverging from the mid-width of the ingot.
- the unsteady forcing was obtained by imposing a cyclic variation of the frequency of the alternating electric current flowing through the coils, as illustrated by the double arrow in the frequency vs intensity diagram presented in FIG. the Lorentz maximum volume force thus generated by the variation of the frequency typically varied between 210 N / m 3 and 275 N / m 3 over a period of 1.33 min, which corresponds to a variation speed of approximately 0.81 N / m 3 / s. It will be noted that the stability limit curve is different from that presented in Example 1 because of both the different casting thickness and the presence of a floating frame which contributes to inhibiting certain resonant modes of the free surface. .
- the ingot thus obtained was then trimmed to obtain a dimension of 1150x2240x525 mm. Then it was homogenized for 30 hours at 482 ⁇ 2 ° C. Following a scalping operation, the ingot has the final dimensions of 1150x2240x440 mm.
- the ingot was then laminated with a reheating temperature of 395-430 ° C to a final thickness of 80 mm.
- the reduction rate is 5.5.
- Trimming and shore operations were carried out in order to reach a final width of 900 mm and a length of 4000 mm. A dissolution of 2.5 hours at 479 ⁇ 2 ° C was performed. An axial traction of 2.3% was applied, followed by an income with a first step of 4 hours at 222 ° C. and a second step of 17 hours at 165 ° C.
- Specimens of the CT-40 type were taken at mid-thickness to evaluate the tenacity along the L-T and T-L and S-L planes. With regard to the evaluation of the tensile characteristics in the cross-court plane, specimens of the type 4d with a diameter of 6 mm and a useful length of 27 mm were taken.
- the AA7050 alloy flat product obtained according to a conventional casting process, from an ingot of thickness 525 mm and having undergone a reduction ratio of 5.5 has an elasticity limit in the L direction of 477 MPa, a tenacity TL of 42.0 MPa.m 1 2 and a stretch through short of 5.0%.
- the flat product AA7050 alloy obtained according to a casting process according to the invention, from an ingot of thickness 525 mm and having undergone a reduction rate of 5.5 has an elastic limit in the direction L of 479 MPa a TL toughness of 43.0 MPa.m 172 and a short through elongation of 6.4%.
- an AA7050 alloy casting was made, the composition F of which is indicated in Table 8.
- An ingot with a section of 1650 ⁇ 525 mm was thus obtained.
- Grain refining is carried out using a refining yarn A1TiC3: 0.15 with an addition rate of l.5kg / ton.
- the casting speed was 45mm / min.
- Electromagnetic stirring is a non-stationary electromagnetic stirring.
- the electromagnetic stirring was obtained by placing, facing each face of the ingot, three coils oriented along the axis z and traversed by an alternating current which was out of phase, in the central coil, by 90 ° with respect to the current in the extreme coils.
- the wavelength of the sliding field was 2.4m.
- the electromagnetic pump elements thus obtained were arranged in a mirror with respect to the large plane of symmetry of the ingot, the direction of sliding being parallel to the cross-long direction, the generated slips diverging from the mid-width of the ingot.
- Unsteady forcing was achieved by imposing a cyclic variation in the nominal AC current current flowing through the coils, as illustrated by the arrows in the frequency vs intensity diagram in Figure 10.
- the ingot was rolled longitudinally with a reheat temperature of 395-430 ° C to reach a final thickness of 80 mm.
- the reduction rate is 5.7.
- Trimming and shore operations were carried out in order to reach a final width of 900 mm and a length of 4000 mm. A dissolution of 2.5 hours at 479 ⁇ 2 ° C was performed. An axial traction of 2.3% was applied, followed by an income with a first step of 4 hours at 222 ° C. and a second step of 17 hours at 165 ° C.
- the AA7050 alloy flat product obtained according to a conventional casting process, from an ingot of thickness 525 mm and having undergone a reduction ratio of 5.5 has an elastic limit in the direction L of 479 MPa, a tenacity TL of 42.4 MPa.m 1 2 and a short transversal elongation of 4.0%.
- the flat product AA7050 alloy obtained according to a casting process according to the invention from an ingot of thickness 525 mm and having undergone a reduction rate of 5.5 has an elasticity limit in the direction L of 483 MPa , a TL tenacity of 40.6 MPa.m 172 and a short through elongation of 7.4%.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
- Metal Rolling (AREA)
Abstract
The invention relates to a flat product made of aluminium alloy with a thickness of greater than 12.5 mm that has improved thickness properties. This product is obtained by adjusting the mixing conditions during the casting of the ingot used for obtaining the flat product. The casting process is characterized by casting with mixing induced by a non-stationary field of external forces or casting with mixing induced by a pressing stationary field of external forces. The transformation process comprises a solution heat treatment at a temperature above 450°C, a quenching and a tempering or ageing in order to obtain a flat product made of aluminium alloy. Optionally, a scalping operation may be carried out during the transformation process in order to eliminate unacceptable surface defects if a rolling operation is carried out subsequently. The invention makes it possible in particular to increase the thickness of the cast product without degrading, or even while improving, the elongation in the short transverse direction of the final product.
Description
PRODUIT PLAT EN ALLIAGE D’ALUMINIUM PRESENTANT DES PROPRIETES AMELIOREES FLAT ALUMINUM ALLOY PRODUCT HAVING IMPROVED PROPERTIES
DANS L’EPAISSEUR Domaine de l’invention IN THICKNESS Field of the invention
Le domaine technique de l’invention concerne les produits plats épais en alliage d’aluminium issus de lingots obtenus par coulée verticale. The technical field of the invention relates to thick flat products of aluminum alloy from ingots obtained by vertical casting.
Etat de la technique State of the art
Les produits plats épais en alliage d’aluminium, en particulier les alliages d’aluminium à durcissement structural de la série 7XXX, 2XXX présentent à partir d’une épaisseur supérieure à 12.5 mm des différences de propriétés selon le positionnement dans l’épaisseur. Ces différences de propriétés sont associées entre autres aux macroségrégations observées sur le lingot coulé et qui subsistent sur le produit plat obtenu après un procédé de transformation du lingot ; le procédé de transformation comprenant une mise en solution, trempe et revenu ou maturation. Une macroségrégation bien connue de l’homme du métier est la macroségrégation centrale négative, résultant d’un appauvrissement en éléments d’alliage eutectiques, le long d’une partie du plan médian parallèle aux grandes faces du lingot. Ces macroségrégations ont été décrites dans l’ouvrage de John Wiley et al « Direct-Chili Casting of light alloys », Editeur Wiley, septembre 2013, pp 158 - 172. Il s’agit d’une macroségrégation continue, ce terme désignant le fait que la macroségrégation a lieu de façon continue sur tout ou partie de la hauteur du lingot, en d’autres termes qu’elle est essentiellement uniforme selon l’axe de coulée. Thick aluminum alloy flat products, in particular 7XXX, 2XXX series of hardened aluminum alloys, show differences in properties depending on the thickness in the case of thickness greater than 12.5 mm. These differences in properties are associated inter alia with the macrosegregations observed on the cast ingot and which remain on the flat product obtained after an ingot transformation process; the transformation process comprising dissolution, quenching and tempering or ripening. A macrosegregation well known to those skilled in the art is the negative central macrosegregation, resulting from a depletion of eutectic alloying elements, along a portion of the median plane parallel to the large faces of the ingot. These macrosegregations have been described in John Wiley et al, "Direct-Chili Casting of Light Alloys," Wiley Publisher, September 2013, pp. 158-172. This is a continuous macrosegregation, which refers to the fact that that the macrosegregation takes place continuously on all or part of the height of the ingot, in other words that it is substantially uniform along the casting axis.
Il y a aussi le phénomène de macroségrégation intermittente qui se traduit par la formation de bandes en forme de V de part et d’autre de la macroségrégation centrale négative. La publication R.C Dorward et al. « Banded ségrégation patterns in DC cast AlZnMgCu alloy ingots and their effect on plate properties » Aluminium, 1996, 72. Jahrgang, 4, p.251-259 décrit la formation de bandes de ségrégations intermittentes dans un alliage 7000. Ces bandes en forme de V sont alternativement enrichies et appauvries (respectivement appauvries et enrichies) en éléments d’alliage eutectiques (respectivement péritectiques). Ces bandes sont observables en effectuant des radiographies aux rayons X de tranches verticales de lingots, typiquement dans le plan L/TC à mi-largeur, lorsque les éléments ségrégés absorbent les rayons X de manière différenciée des atomes du métal composant le lingot. D’autres moyens permettent de visualiser ce phénomène, par exemple l’échographie ou l’observation à l’œil nu de tranches verticales anodisées, du fait
de la différence de réflectivité optique entre les zones enrichies ou appauvries en éléments d’alliage. Généralement, la macroségrégation intermittente est la plus marquée au voisinage de la région T/2.5, et typiquement entre T/3.3 et T/2.3, la région T/2 correspondant à l’axe central du lingot. There is also the phenomenon of intermittent macrosegregation which results in the formation of V-shaped bands on either side of the negative central macrosegregation. The publication RC Dorward et al. Aluminum, 1996, 72. Jahrgang, 4, p.251-259 describes the formation of intermittent segregation bands in a 7000 alloy. V are alternatively enriched and depleted (respectively depleted and enriched) in eutectic alloy elements (respectively peritectic). These bands are observable by X-ray radiographs of vertical slices of ingots, typically in the L / TC plane at mid-width, when the segregated elements absorb X-rays in a manner differentiated from the atoms of the metal composing the ingot. Other means are to visualize this phenomenon, for example ultrasound or the observation with the naked eye of anodized vertical slices, because the difference in optical reflectivity between the zones enriched or depleted in alloying elements. Generally, the intermittent macrosegregation is most marked in the vicinity of the T / 2.5 region, and typically between T / 3.3 and T / 2.3, the T / 2 region corresponding to the central axis of the ingot.
Les produits plats épais en alliages d’aluminium, en particulier les alliages d’aluminium à durcissement structural de la série 7XXX, 2XXX, ou 6XXX utilisés dans les domaines aéronautiques présentent à partir d’une épaisseur de 12.5 mm, de manière plus marquée entre 40 mm et 200 mm, des différences de propriétés selon le positionnement dans l’épaisseur du produit. En particulier, cette différence est marquée entre la mi-épaisseur et le quart épaisseur du produit. Thick aluminum alloy flat products, in particular the 7XXX, 2XXX, or 6XXX series of 7XXX, or 6XXX hardened aluminum alloys used in the aerospace industry, have a thickness greater than 12.5 mm. 40 mm and 200 mm, differences in properties depending on the positioning in the thickness of the product. In particular, this difference is marked between the mid-thickness and the quarter-thickness of the product.
Il est connu que trois facteurs dominent la différence de propriétés entre T/2 et T/4. It is known that three factors dominate the difference in properties between T / 2 and T / 4.
- La macroségrégation centrale abaisse les propriétés statiques à mi épaisseur des tôles recristallisées. - The central macrosegregation lowers the static properties at half thickness of the recrystallized sheets.
- Le corroyage : ce déficit de propriétés à mi épaisseur est compensé, parfois au-delà, par l’effet de corroyage sur les tôles non recristallisées ou partiellement recristallisées qui induit une texture fibrée favorable pour les propriétés. - Wrought: this deficit of properties at mid-thickness is compensated, sometimes beyond, by the effect of wrought on the uncrystallized or partially recrystallized sheets which induces a fiber texture favorable for the properties.
- La vitesse de trempe, notamment pour les tôles épaisses. - Quenching speed, especially for thick plates.
La publication de Chakrabarti et al. « Through thickness property variations in 7050 plate», Materials Science Forum, 1996, Vols. 217-222, p. 1085-1090 indique que la macroségrégation domine les propriétés à T/2 pour les tôles d’épaisseur inférieure à 40mm qui sont recristallisées, alors que la texture induite par le corroyage domine les propriétés pour les tôles d’épaisseur supérieure à 40mm car elles sont non recristallisées. The publication of Chakrabarti et al. "Thickness variations in 7050 plate", Materials Science Forum, 1996, Vols. 217-222, p. 1085-1090 indicates that the macrosegregation dominates the properties at T / 2 for sheets less than 40 mm thick which are recrystallized, whereas the texture induced by the wrought iron dominates the properties for the sheets of thickness greater than 40 mm because they are not recrystallized.
L’homme de l’art cherchant à contrer les effets négatifs de la macroségrégation souhaite donc augmenter le taux de corroyage des tôles en partant de plaques de fonderie plus épaisses. Mais il est alors confronté à des niveaux de macroségrégations intermittentes au voisinage de T/2.3 et T/3.3 qui introduisent dans le produit des zones qu’on ne peut pas remettre en solution, particulièrement pour les alliages les plus saturés, car le solvus local de l’alliage dans les ségrégations intermittentes peut se situer au-delà du solidus de l’alliage de composition nominale. Ces macroségrégations intermittentes sont néfastes en particulier pour la valeur d’allongement à rupture mesurée dans le sens travers court. Une valeur d’allongement trop faible dans le sens travers court du produit n’est pas souhaitable lors de la fabrication des structures aéronautiques à cause du risque de fissuration plus important. Those skilled in the art seeking to counter the negative effects of macrosegregation therefore wish to increase the rate of sheet metal work from thicker foundry plates. But it is then confronted with levels of intermittent macrosegregations in the vicinity of T / 2.3 and T / 3.3 which introduce into the product areas that can not be put back in solution, especially for the most saturated alloys, because the local solvus of the alloy in the intermittent segregations may lie beyond the solidus of the alloy of nominal composition. These intermittent macrosegregations are detrimental especially for the break elongation value measured in the short cross direction. An elongation value that is too low in the short cross direction of the product is undesirable during the manufacture of the aeronautical structures because of the risk of greater cracking.
Les inventeurs ont donc cherché à obtenir des produits plats plus épais présentant un compromis avantageux entre les propriétés mécaniques statiques et de tolérance aux dommages, ce
compromis variant peu dans l’épaisseur du produit. C’est-à-dire que le compromis de propriétés est obtenu dans la majorité de l’épaisseur du produit. The inventors have therefore sought to obtain thicker flat products which have an advantageous compromise between the static mechanical properties and the damage tolerance properties. compromise varying little in the thickness of the product. That is, the property compromise is obtained in the majority of the thickness of the product.
Pour que ces produits soient sélectionnés pour des applications typiques de produits plats épais telles que l’aéronautique la fabrication de moules ou d’éléments de chambre à vide, leur performance doit notamment atteindre un compromis de propriété avantageux entre les propriétés de résistance mécanique statique (typiquement limite d’élasticité en traction et en compression, résistance à la rupture) et les propriétés de tolérance aux dommages (typiquement ténacité, résistance à la propagation des fissures en fatigue) et/ou d’allongement ces propriétés étant en général antinomiques. In order for these products to be selected for typical thick flat products applications such as aeronautics, the manufacture of molds or vacuum chamber elements, their performance must notably achieve a compromise of advantageous property between the static mechanical strength properties ( typically yield strength in tension and compression, tensile strength) and the properties of damage tolerance (typically toughness, resistance to the propagation of fatigue cracks) and / or elongation these properties are generally antinomic.
Objet de l’invention Object of the invention
L’objet de l’invention concerne un produit plat en alliage d'aluminium s'étendant parallèlement à un axe longitudinal (L), et dont la section perpendiculaire à Taxe longitudinal présente une largeur (TL) et une épaisseur (TC), l'épaisseur (TC) étant inférieure à la largeur, l'épaisseur dudit produit plat étant supérieure à 12.5 mm. The object of the invention relates to a flat product made of aluminum alloy extending parallel to a longitudinal axis (L), and whose section perpendicular to the longitudinal axis has a width (TL) and a thickness (TC). thickness (TC) being less than the width, the thickness of said flat product being greater than 12.5 mm.
De manière préférée le produit plat présente une épaisseur supérieure à 40 mm, et de manière encore plus préférée supérieure à 70 mm. Preferably the flat product has a thickness greater than 40 mm, and even more preferably greater than 70 mm.
Ledit produit plat est obtenu à partir d'un procédé de fabrication comprenant : Said flat product is obtained from a manufacturing process comprising:
- Un procédé de coulée avec brassage électromagnétique pour former un lingot d’alliage d’aluminium d'épaisseur supérieure à 400 mm. - A casting process with electromagnetic stirring to form an aluminum alloy ingot with a thickness greater than 400 mm.
De manière préférée, l'épaisseur du lingot est supérieure à 450 mm, 500 mm ou 600 mm. Le procédé de coulée est effectué dans une lingotière, la lingotière définissant un parallélépipède, de telle sorte que le lingot formé s'étend parallèlement à un axe longitudinal (Y), selon une largeur (W) et parallèlement à un axe transversal (X), selon une épaisseur (T), l'épaisseur du lingot étant inférieure à la largeur ; le lingot définissant un plan médian s'étendant selon la mi épaisseur (T/2), parallèlement à l'axe longitudinal (Y). L'épaisseur de la lingotière est voisine de l'épaisseur du lingot formé. Preferably, the thickness of the ingot is greater than 450 mm, 500 mm or 600 mm. The casting process is carried out in an ingot mold, the ingot mold defining a parallelepiped, so that the shaped ingot extends parallel to a longitudinal axis (Y), along a width (W) and parallel to a transverse axis (X) according to a thickness (T), the thickness of the ingot being less than the width; the ingot defining a median plane extending along the mid-thickness (T / 2), parallel to the longitudinal axis (Y). The thickness of the mold is close to the thickness of the ingot formed.
Et And
- un procédé de transformation dudit lingot d’alliage d’aluminium comprenant une mise en solution à une température supérieure à 450°C, une trempe et un revenu ou une maturation pour obtenir un produit plat en alliage d'aluminium avec optionnellement une opération de scalpage.
Le procédé de coulée avec brassage électromagnétique comprend les étapes suivantes coulée de l'alliage d'aluminium liquide dans la lingotière, selon un axe vertical de coulée (Z), l'alliage étant refroidi, au cours de la coulée, par un ruissellement d'un liquide refroidisseur (3), de façon à former un alliage solide (ls), s'étendant autour d'un alliage liquide (1b), dit marais, l'alliage solide formant un front (10) à l'interface avec le marais (1b), le front étant incliné selon un angle d'inclinaison (a), par rapport à l'axe vertical, l'angle d'inclinaison du front variant selon l'axe transversal (X); a process for converting said aluminum alloy ingot comprising dissolving at a temperature above 450 ° C., quenching and tempering or maturation in order to obtain a flat product made of aluminum alloy with optionally an operation of scalping. The casting method with electromagnetic stirring comprises the following steps casting the liquid aluminum alloy in the mold, along a vertical casting axis (Z), the alloy being cooled, during casting, by a runoff of a cooling liquid (3), so as to form a solid alloy (ls), extending around a liquid alloy (1b), said swamp, the solid alloy forming a front (10) at the interface with the marsh (1b), the front being inclined at an angle of inclination (a), with respect to the vertical axis, the angle of inclination of the front varying along the transverse axis (X);
déplacement de l'alliage solide (ls), selon l'axe vertical de coulée (Z), selon une vitesse de coulée ( V ); moving the solid alloy (ls), along the vertical casting axis (Z), according to a casting speed (V);
au cours de la coulée, application d'un champ magnétique glissant dont l'amplitude varie selon une fréquence (/), le champ magnétique étant généré par au moins un générateur de champ magnétique (5) disposé à la périphérie de la lingotière, de façon à appliquer une force de Lorentz moyenne (F) en différents points du marais, la force de Lorentz moyenne, durant une période (P) du champ magnétique, étant inclinée par rapport à l'axe vertical (Z) selon un angle d'inclinaison (b), dit angle d'inclinaison de la force de Lorentz, ce dernier variant selon l'axe transversal (X) ; la force de Lorentz présente durant la période P une force de Lorentz d’intensité maximale ( Fmax ); during the casting, application of a sliding magnetic field whose amplitude varies according to a frequency (/), the magnetic field being generated by at least one magnetic field generator (5) disposed at the periphery of the mold, of to apply a mean Lorentz force (F) at different points of the marsh, the average Lorentz force, during a period (P) of the magnetic field, being inclined relative to the vertical axis (Z) at an angle of inclination (b), said angle of inclination of the Lorentz force, the latter varying along the transverse axis (X); the Lorentz force has during the period P a Lorentz force of maximum intensity (F max );
le marais comporte une zone médiane, s'étendant symétriquement de part et d'autre du plan médian (M) dont l'épaisseur correspond à une demi-épaisseur du lingot the marsh comprises a median zone, extending symmetrically on either side of the median plane (M), the thickness of which corresponds to half a thickness of the ingot
le champ magnétique appliqué se propage selon un axe de propagation, de telle sorte qu'une amplitude maximale (B™ax) du champ magnétique se propage selon ledit axe de propagation, en définissant une longueur d'onde de propagation (l). the applied magnetic field propagates along an axis of propagation, so that a maximum amplitude (B ™ ax ) of the magnetic field propagates along said propagation axis, defining a propagation wavelength (1).
Le procédé de coulée avec brassage électromagnétique est tel qu'il permette l'atténuation des macroségrégations intermittentes ou leur disparition. Selon l'invention, le procédé de coulée avec brassage électromagnétique correspond soit à un mode de brassage électromagnétique non stationnaire, soit à un mode de brassage électromagnétique stationnaire dit plaquant, tels que définis ci-dessous. The casting process with electromagnetic mixing is such as to allow the attenuation of intermittent macrosegregations or their disappearance. According to the invention, the casting method with electromagnetic stirring corresponds to either a non-stationary electromagnetic stirring mode, or to a stationary electromagnetic stirring said plating, as defined below.
Le mode de brassage électromagnétique non stationnaire est défini par un paramètre magnétique dit de force, régissant la force de Lorentz d'intensité maximale ( Fmax ) ; ce paramètre magnétique de force est variable dans un intervalle temporel (At) prédéterminé, ledit paramètre étant : The non-stationary electromagnetic stirring mode is defined by a magnetic parameter called force, governing the Lorentz force of maximum intensity (F max ); this magnetic force parameter is variable in a predetermined time interval (At), said parameter being:
- ladite amplitude maximale (B™ax) du champ magnétique ;
- et/ou ladite fréquence (f) du champ magnétique ; said maximum amplitude (B ™ ax ) of the magnetic field; and / or said frequency (f) of the magnetic field;
- et/ou la longueur d'onde de propagation (l) du champ magnétique ; and / or the propagation wavelength (1) of the magnetic field;
de façon à obtenir une modulation, dans ledit intervalle temporel, de ladite force de Lorentz d'intensité maximale ( Fmax ) se propageant selon l'axe de propagation. so as to obtain a modulation, in said time interval, said Lorentz force of maximum intensity (F max ) propagating along the axis of propagation.
Le mode de brassage électromagnétique stationnaire plaquant est défini par le fait que le champ magnétique glissant se propage selon un axe de propagation parallèle à l’axe vertical de coulée; la fréquence (/) est inférieure à 5 Hz ; et la vitesse de coulée ( V ) et la fréquence (/) sont adaptées de telle sorte que dans toute la zone médiane du marais, à l’interface entre l’alliage liquide (1b) et le front, l’angle d’inclinaison de la force (b) est strictement inférieur à l’angle d’inclinaison (a) du front. The stationary electromagnetic stirring electroplating mode is defined by the fact that the sliding magnetic field propagates along a propagation axis parallel to the vertical casting axis; the frequency (/) is less than 5 Hz; and the casting velocity (V) and the frequency (/) are adapted such that throughout the middle zone of the marsh, at the interface between the liquid alloy (1b) and the front, the angle of inclination the force (b) is strictly less than the angle of inclination (a) of the front.
Il a été observé que le produit plat en alliage d'aluminium ainsi obtenu présente pour un élément de l'alliage d'aluminium, dont la teneur en poids est supérieure à 0.5 %, ou pour la somme de plusieurs éléments de l'alliage dont la teneur individuelle en poids est supérieure à 0.5%, un critère de dispersion e inférieur à 3.3, de préférence inférieur à 3, plus avantageusement inférieur à 2.5, encore plus avantageusement inférieur à 2 et de manière préférée inférieur à 1.5, le critère de dispersion étant défini selon les expressions suivantes : It has been observed that the aluminum alloy flat product thus obtained has, for one element of the aluminum alloy, whose weight content is greater than 0.5%, or for the sum of several elements of the alloy of which the individual content by weight is greater than 0.5%, a dispersion criterion e of less than 3.3, preferably less than 3, more preferably less than 2.5, even more advantageously less than 2 and preferably less than 1.5, the dispersion criterion being defined according to the following expressions:
e = CZA/ ACZR e = C ZA / AC ZR
ACZA = max (CZA) - min (CZA), ACZA = max (C ZA ) - min (C ZA ),
ACZR = max (CZR) - min (CZR) , AC ZR = max (C ZR ) - min (C ZR ),
où : or :
max (CZA) et min (CZA) désignent respectivement les concentrations maximale et minimale de l'élément considéré ou de la somme des éléments considérés mesurées dans une zone d'analyse (ZA), présentant des macroségrégations intermittentes, par exemple entre les épaisseurs T/3.3 et T/2.3 dudit produit plat; max (C ZA ) and min (C ZA ) denote respectively the maximum and minimum concentrations of the element considered or the sum of the considered elements measured in an analysis zone (ZA), exhibiting intermittent macrosegregations, for example between the thicknesses T / 3.3 and T / 2.3 of said flat product;
max (CZR) et min (CZR) désignent respectivement les concentrations maximale et minimale de l'élément considéré ou de la somme des éléments considérés mesurées dans une zone de référence (ZR), considérée comme peu affectée par les macroségrégations intermittentes, par exemple entre les épaisseurs T/12 et T/6 dudit produit plat, mais toujours en excluant les zones périphériques éventuellement affectées par de la macroségrégation corticale;
lesdites concentrations étant mesurées sur au moins un profil établi à mi-largeur dans un plan vertical L/TC et selon la direction TC, ledit profil étant représentatif desdites macroségrégations intermittentes de l'élément considéré selon la direction TC. max (C Z R) and min (C Z R) denote respectively the maximum and minimum concentrations of the element considered or the sum of the considered elements measured in a reference zone (ZR), considered as little affected by intermittent macrosegregations for example between the thicknesses T / 12 and T / 6 of said flat product, but still excluding the peripheral zones possibly affected by cortical macrosegregation; said concentrations being measured on at least one profile set at half width in a vertical plane L / TC and in the direction TC, said profile being representative of said intermittent macrosegregations of the element under consideration in the direction TC.
D’autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l’invention, donnés à titre d’exemples non limitatifs, et représentés sur les figures listées ci-dessous. Other advantages and features will emerge more clearly from the following description of particular embodiments of the invention, given by way of non-limiting examples, and shown in the figures listed below.
Description des figures Description of figures
Les figures 1 et 2 présentent les principaux composants du dispositif de coulée permettant de mettre en œuvre l’invention. Figures 1 and 2 show the main components of the casting device for implementing the invention.
Les figures 3 et 4 représentent respectivement une distribution spatiale et temporelle de l’amplitude d’un champ magnétique glissant non stationnaire, selon un des modes de réalisation de l’invention (coulée avec brassage électromagnétique non stationnaire). FIGS. 3 and 4 respectively represent a spatial and temporal distribution of the amplitude of a non-stationary sliding magnetic field, according to one of the embodiments of the invention (casting with non-stationary electromagnetic stirring).
Les figures 5 et 6 présentent respectivement une distribution spatiale et temporelle de l’amplitude d’un champ magnétique glissant stationnaire selon un autre mode de réalisation de l’invention (coulée avec brassage électro magnétique stationnaire plaquant). Figures 5 and 6 respectively show a spatial and temporal distribution of the amplitude of a stationary sliding magnetic field according to another embodiment of the invention (casting with stationary electromagnetic electromagnetic stirring).
La figure 7 représente une courbe dite de résonance de surface libre du marais, représentant des valeurs, dites critiques, de l’intensité et de la fréquence d’un courant d’induction auxquelles une résonance de la surface libre du marais apparaît, cela en mettant en œuvre un procédé de brassage électromagnétique. FIG. 7 represents a so-called free-surface resonance curve of the marsh, representing so-called critical values of the intensity and the frequency of an induction current to which a resonance of the free surface of the marsh appears, this in implementing an electromagnetic stirring process.
Les figures 8, 9, 10 représentent respectivement une courbe dite de résonance CR de surface libre du marais, obtenue en mettant en œuvre un procédé de coulée utilisant un brassage par champ magnétique non stationnaire dans les exemples respectifs 1, 3 et 4 selon l’invention. FIGS. 8, 9 and 10 respectively represent a so-called CR free surface resonance curve of the marsh, obtained by implementing a casting method using non-stationary magnetic field stirring in the respective examples 1, 3 and 4 according to FIG. invention.
La figure 11 illustre une force de Lorentz s’appliquant sur une partie du marais d’une coulée mettant en œuvre l’invention selon un procédé de brassage stationnaire plaquant. FIG. 11 illustrates a Lorentz force applying to a part of the marsh of a casting implementing the invention according to a stationary stirring process.
Les figures 12A, 12B, 12C et 12D montrent des résultats de simulations permettant d’obtenir l’orientation moyenne d’une force de Lorentz dans le marais, au niveau du front, respectivement à différentes fréquences, pour une vitesse de coulée de 55 mm par minute en mettant en œuvre une coulée avec brassage électromagnétique stationnaire. FIGS. 12A, 12B, 12C and 12D show results of simulations making it possible to obtain the average orientation of a Lorentz force in the marsh, at the forehead, respectively at different frequencies, for a casting speed of 55 mm per minute by implementing a casting with stationary electromagnetic stirring.
Les figures 12 E, 12F, 12G et 12H montrent des résultats de simulations permettant d’obtenir l’orientation moyenne d’une force de Lorentz dans le marais, au niveau du front, respectivement à différentes fréquences, pour une vitesse de coulée de 35 mm par minute en mettant en œuvre une coulée avec brassage électromagnétique stationnaire.
Les figures 13A et 13B sont des courbes établies en considérant respectivement différentes fréquences, et représentant une évolution d'un angle, dit angle différentiel, le long du front, l'angle différentiel représentant une différence entre les angles, par rapport à la verticale, respectivement formés par la force de Lorentz et le front. Sur la figure 13 A, on a considéré une vitesse de coulée de 55 mm par minute. Sur la figure 13B, on a considéré une vitesse de coulée de 35 mm par minute. FIGS. 12E, 12F, 12G and 12H show simulation results making it possible to obtain the average orientation of a Lorentz force in the marsh, at the forehead, respectively at different frequencies, for a casting speed of mm per minute using a casting with stationary electromagnetic stirring. FIGS. 13A and 13B are curves established by respectively considering different frequencies, and representing an evolution of an angle, called a differential angle, along the front, the differential angle representing a difference between the angles, with respect to the vertical, respectively formed by the Lorentz force and the forehead. In Figure 13A, a casting speed of 55 mm per minute was considered. In Fig. 13B, a casting speed of 35 mm per minute was considered.
La figure 14 montre un abaque permettant de définir un domaine de fonctionnement en fonction de la vitesse de coulée (axe des abscisses) et de l'épaisseur de la coulée (axe des ordonnées), pour obtenir une orientation de la force de Lorentz dans une zone médiane s'étendant entre T/2 ± T/4 selon un procédé de coulée avec brassage électromagnétique stationnaire plaquant. FIG. 14 shows an abacus making it possible to define an operating range as a function of the casting speed (abscissa axis) and the casting thickness (ordinate axis), in order to obtain an orientation of the Lorentz force in a median zone extending between T / 2 ± T / 4 according to a casting process with stationary electromagnetic stirring.
Description de l’invention Description of the invention
En préambule, on appelle produit plat un produit de forme parallélépipédique s'étendant parallèlement à un axe longitudinal (L), et dont la section perpendiculaire à l’axe longitudinal présente une largeur (TL) et une épaisseur (TC), l'épaisseur (TC) étant inférieure à la largeur. Tous les alliages d’aluminium cités dans le document sont désignés, sauf indication contraire, selon les désignations définies par T « Aluminum Association » dans les «Registration Record Sériés » qu’elle publie régulièrement. In the preamble, a flat product is a product of parallelepipedal shape extending parallel to a longitudinal axis (L), and whose section perpendicular to the longitudinal axis has a width (TL) and a thickness (TC), the thickness (TC) being less than the width. All the aluminum alloys mentioned in the document are designated, unless otherwise indicated, in accordance with the designations defined by the "Aluminum Association" in the "Registration Record Sériés" which it publishes regularly.
Toutes les indications concernant la composition chimique des alliages sont exprimées comme un pourcentage en poids basé sur le poids total de l’alliage. L’expression 1.4 x Si signifie que la teneur en silicium exprimée en % en poids est multipliée par 1.4. All indications regarding the chemical composition of the alloys are expressed as a percentage by weight based on the total weight of the alloy. The expression 1.4 x Si means that the silicon content expressed in% by weight is multiplied by 1.4.
Les définitions des états métallurgiques sont indiquées dans la norme européenne EN 515. The definitions of the metallurgical states are given in the European standard EN 515.
Les caractéristiques mécaniques statiques en traction, en d’autres termes la résistance à la rupture Rm, la limite d’élasticité conventionnelle à 0.2% d’allongement Rpo.2, et l’allongement à la rupture A%, sont déterminés par un essai de traction selon la norme NF EN 1SO 6892-1 (2016), le prélèvement et le sens de l’essai étant définis par la norme EN 485 (2016). The static mechanical characteristics in tension, in other words the tensile strength R m , the yield strength at 0.2% elongation R p o . 2, and elongation at break A%, are determined by a tensile test according to standard NF EN 1SO 6892-1 (2016), the sampling and the meaning of the test being defined by the standard EN 485 (2016). ).
Le facteur d’intensité de contrainte (Kic) est déterminé selon la norme ASTM E 399 (2012). Les tailles de grain sont mesurées selon la norme ASTM El 12-12. The stress intensity factor (Kic) is determined according to ASTM E 399 (2012). The grain sizes are measured according to ASTM El 12-12.
L’abattement de résistance par effet d’entaille est déterminé par la norme E 602-03. The notch resistance allowance is determined by E 602-03.
Selon une nomenclature connue de l’homme du métier, le terme T/n, où n est un nombre positif, désigne une région située à une distance T/n de la surface d’un produit parallélépipédique où T désigne l’épaisseur du produit, ledit produit parallélépipédique s’étend parallèlement à un axe longitudinal (L), et dont la section perpendiculaire à l’axe longitudinal présente une largeur et une épaisseur, l'épaisseur étant inférieure à la largeur.
Les inventeurs se sont aperçus qu’un produit plat issu d’un lingot obtenu selon les conditions de procédé de coulée de l’invention et ensuite transformé selon un procédé de transformation comprenant un corroyage, une mise en solution, trempe et revenu ou maturation permettait d’obtenir un bon compromis entre ténacité, limite d’élasticité et allongement. En particulier le compromis est obtenu pour la ténacité définie selon la norme E399-12 mesurée à mi épaisseur dans le sens L-T , la limité d’élasticité mesurée dans le sens longitudinal (L) et l’allongement à rupture mesuré dans le sens travers court (TC). According to a nomenclature known to those skilled in the art, the term T / n, where n is a positive number, denotes a region located at a distance T / n from the surface of a parallelepiped product where T designates the thickness of the product said parallelepipedal product extends parallel to a longitudinal axis (L), and whose section perpendicular to the longitudinal axis has a width and a thickness, the thickness being less than the width. The inventors have found that a flat product resulting from an ingot obtained according to the casting process conditions of the invention and then converted according to a conversion process comprising a roughing, a dissolution, quenching and tempering or ripening allowed to obtain a good compromise between toughness, yield strength and elongation. In particular, the compromise is obtained for the toughness defined according to the E399-12 standard measured at mid-thickness in the LT direction, the elastic limit measured in the longitudinal direction (L) and the elongation at break measured in the short transverse direction. (TC).
Cependant, la solution corroyage n’est pas toujours envisageable en fonction de l’épaisseur du produit souhaité. C’est le cas en particulier des produits plats en alliage d’aluminium, en particulier les alliages d’aluminium à durcissement structural de la série 7XXX, utilisés dans les domaines de l’usinage de moules mécaniques. Ceux-ci sont classiquement utilisés à des épaisseurs supérieures à 400 mm, préférentiellement supérieures à 500 mm, encore plus préférentiellement supérieure à 600 mm. However, the wrought solution is not always possible depending on the thickness of the desired product. This is particularly the case for aluminum alloy flat products, in particular 7XXX series of hardened aluminum alloys used in the field of mechanical mold machining. These are conventionally used at thicknesses greater than 400 mm, preferably greater than 500 mm, even more preferentially greater than 600 mm.
Les inventeurs se sont aperçus que des produits plats obtenus à partir d’un lingot d’épaisseur supérieure à 400 mm, préférentiellement supérieure à 500 mm, encore plus préférentiellement supérieure à 600 mm obtenu selon les conditions de procédé de coulée de l’invention et ensuite transformés selon un procédé de transformation comprenant une mise en solution, trempe et revenu ou maturation mais n’incluant pas d’étape de déformation plastique supérieure à 5% permettait d’obtenir un écart de propriétés réduit dans l’épaisseur. En particulier, cette amélioration est observée pour l’allongement à rupture mesuré entre la surface et la mi-épaisseur dans le sens TL et l’abattement de résistance par effet d’entaille mesuré à mi épaisseur et quart épaisseur dans le sens TL. The inventors have found that flat products obtained from an ingot of thickness greater than 400 mm, preferably greater than 500 mm, even more preferably greater than 600 mm obtained according to the casting process conditions of the invention and then transformed according to a transformation process comprising dissolution, quenching and tempering or maturing but not including a plastic deformation step greater than 5% allowed to obtain a reduced property gap in the thickness. In particular, this improvement is observed for the measured fracture elongation between the surface and the mid-thickness in the TL direction and the notch resistance reduction measured at half thickness and quarter thickness in the TL direction.
L’invention repose sur la constatation faite par les inventeurs que la combinaison du procédé de coulée décrit dans les demandes PCT/FR2017/051195 ou FR 1761200 pour obtenir un lingot d’alliage d’aluminium d’épaisseur supérieure à 400 mm et un procédé de transformation comprenant une mise en solution à une température supérieure à 450°C, trempe et revenu ou maturation permet d’obtenir un meilleur compromis de propriétés dans l’épaisseur du produit plat transformé. The invention is based on the finding made by the inventors that the combination of the casting method described in Applications PCT / FR2017 / 051195 or FR 1761200 to obtain an aluminum alloy ingot of thickness greater than 400 mm and a process transformation comprising a dissolution at a temperature above 450 ° C, quenching and tempering or maturation provides a better compromise of properties in the thickness of the processed flat product.
Les inventeurs attribuent ce bénéfice à la réduction de la macroségrégation intermittente dans le produit plat transformé. The inventors attribute this benefit to the reduction of intermittent macrosegregation in the processed flat product.
Le contenu des demandes PCT/FR2017/051195 et FR 1761200 est ici incorporé par référence. Les demandes PCT/FR2017/051195 et FR 1761200 visent toutes les deux à réduire les macroségrégations intermittentes dans le lingot coulé en utilisant un champ magnétique glissant. On nommera coulée avec brassage électromagnétique non stationnaire les conditions de coulées
décrites dans la demande PCT/FR2017/051195 permettant de réduire les macroségrégations intermittentes. On nommera coulée avec brassage électromagnétique stationnaire plaquant les conditions de coulée décrites dans la demande FR 1761200 permettant de réduire les macroségrégations intermittentes. The contents of applications PCT / FR2017 / 051195 and FR 1761200 are hereby incorporated by reference. Applications PCT / FR2017 / 051195 and FR 1761200 both seek to reduce intermittent macrosegregations in the cast ingot using a sliding magnetic field. Casting with non-stationary electromagnetic stirring will be called casting conditions described in application PCT / FR2017 / 051195 for reducing intermittent macrosegregations. We will call casting with stationary electromagnetic stirring plating conditions described in the application FR 1761200 to reduce intermittent macrosegregations.
Le produit plat s'étend parallèlement à un axe longitudinal (L), et dont la section perpendiculaire à l’axe longitudinal présente une largeur (TL) et une épaisseur (TC), l'épaisseur (TC) étant inférieure à la largeur, l’épaisseur dudit produit plat étant supérieure à 12.5 mm. The flat product extends parallel to a longitudinal axis (L), and whose section perpendicular to the longitudinal axis has a width (TL) and a thickness (TC), the thickness (TC) being less than the width, the thickness of said flat product being greater than 12.5 mm.
De manière préférée le produit plat présente une épaisseur supérieure à 40 mm, et de manière encore plus préférée supérieure à 70 mm. Preferably the flat product has a thickness greater than 40 mm, and even more preferably greater than 70 mm.
Les macroségrégations intermittentes du produit plat peuvent être caractérisées en réalisant des analyses chimiques selon l’épaisseur du produit, de préférence des profils linéaires selon l’axe TC dans le plan L-TC du produit. Ces profils sont réalisés de préférence à quart largeur ou mi largeur. Ces analyses chimiques peuvent être réalisées par microsonde ou par toute autre méthode avec une résolution spatiale d’au moins 0.1 mm. The intermittent macrosegregations of the flat product can be characterized by performing chemical analyzes according to the thickness of the product, preferably linear profiles along the TC axis in the L-TC plane of the product. These profiles are preferably made to quarter width or half width. These chemical analyzes can be carried out by microprobe or by any other method with a spatial resolution of at least 0.1 mm.
Le profil obtenu avec une résolution d’au moins 0,1 mm est le profil brut. Une moyenne glissante sur 2 mm permet de s’affranchir de la microségrégation et permet d’obtenir un profil lissé. Une autre moyenne glissante du profil brut sur 50 mm permet de s’affranchir des macroségrégations intermittentes, et d’obtenir le profil de macroségrégation continue. Le profil de macroségrégation continue est soustrait au profil lissé pour obtenir un profil dit corrigé, correspondant à la macroségrégation intermittente. Le profil corrigé est principalement représentatif de la macroségrégation intermittente, et n’est pas ou peu affecté par la macroségrégation continue centrale et par la microségrégation. Un tel profil corrigé permet de caractériser la macroségrégation intermittente. The profile obtained with a resolution of at least 0.1 mm is the raw profile. A sliding average of 2 mm eliminates microsegregation and provides a smooth profile. Another slippery average of the 50 mm gross profile makes it possible to get rid of intermittent macrosegregations and to obtain the continuous macrosegregation profile. The continuous macrosegregation profile is subtracted from the smoothed profile to obtain a so-called corrected profile, corresponding to the intermittent macrosegregation. The corrected profile is primarily representative of intermittent macrosegregation, and is unaffected or unaffected by central continuous macrosegregation and microsegregation. Such a corrected profile makes it possible to characterize the intermittent macrosegregation.
On peut alors calculer un écart maximal de concentration dans une zone d’analyse ZA située entre T/3.3 et T/2.3 de l’épaisseur du produit plat, cet écart maximal pouvant être exprimé selon l’équation suivante : It is then possible to calculate a maximum concentration difference in an analysis zone ZA situated between T / 3.3 and T / 2.3 of the thickness of the flat product, this maximum difference being able to be expressed according to the following equation:
AC/A = max (CZA) - min (CZA) AC / A = max (CZA) - min (CZA)
où max (CZA) et min (CZA) désignent respectivement les concentrations maximale et minimale de l’élément considéré mesurées entre T/3.3 et T/2.3. where max (CZA) and min (CZA) denote respectively the maximum and minimum concentrations of the considered element measured between T / 3.3 and T / 2.3.
L’élément considéré est un élément dont la teneur en poids dans l’alliage est supérieure ou égale à 0.5%. Il peut s’agir, de préférence, de l’élément majeur de l’alliage, le terme élément majeur correspondant à la définition donnée par The Aluminum Association. The element considered is an element whose content in weight in the alloy is greater than or equal to 0.5%. It may be, preferably, the major element of the alloy, the term major element corresponding to the definition given by The Aluminum Association.
L’écart maximal AC/A peut être normalisé par la concentration nominale Co de l’élément considéré. Les produits selon l’invention présentent de préférence une valeur d’un tel ratio
normalisé inférieure à 10% et de préférence inférieure à 8% ou même inférieure à 6 %. Cependant la valeur absolue de ACZA peut être influencée par l’épaisseur du produit, la nature de l’élément considéré, notamment son coefficient de partage et/ou sa concentration. Il est donc utile pour caractériser les produits obtenus par le procédé selon l’invention de calculer, à titre de référence, un écart maximal dans une zone de référence ZR peu sensible aux macroségrégations intermittentes, située entre T/12 et T/6, cet écart maximal pouvant être exprimé selon l’équation suivante: The maximum deviation AC / A can be normalized by the nominal concentration Co of the element under consideration. The products according to the invention preferably have a value of such a ratio standardized less than 10% and preferably less than 8% or even less than 6%. However, the absolute value of AC ZA can be influenced by the thickness of the product, the nature of the element considered, in particular its partition coefficient and / or its concentration. It is therefore useful, in order to characterize the products obtained by the process according to the invention, to calculate, by way of reference, a maximum difference in a reference zone ZR which is not very sensitive to intermittent macrosegregations, located between T / 12 and T / 6, this maximum deviation that can be expressed according to the following equation:
AC/R= max (CZR) - min (CZR) AC / R = max (CZR) - min (CZR)
où max (CZR) et min (CZR) désignent respectivement les concentrations maximale et minimale de l’élément considéré mesurées entre T/12 et T/6. where max (CZR) and min (CZR) denote respectively the maximum and minimum concentrations of the considered element measured between T / 12 and T / 6.
On obtient ainsi un critère de dispersion e permettant d’évaluer pour l’élément considéré la macroségrégation intermittente : This gives a dispersion criterion e which makes it possible to evaluate intermittent macrosegregation for the element in question:
S = ACZA / ACZR S = ACZA / AC ZR
Pour s’affranchir de variations locales de composition, il est avantageux, pour déterminer ACZA et ACZR , de calculer une moyenne sur au moins cinq profils de concentration distants d’au moinsIn order to overcome local variations in composition, it is advantageous, in order to determine ACZA and AC ZR , to calculate an average over at least five concentration profiles at least distant from each other.
10 mm. 10 mm.
Plus e est faible, moins les macroségrégations intermittentes sont marquées. Les produits obtenus par le procédé selon l’invention ont de préférence un critère de dispersion e inférieur à 3.3, de préférence inférieur à 3, plus avantageusement inférieur à 2.5, encore plus avantageusement inférieur à 2 et de manière préférée inférieur à 1.5. The lower e is, the less intermittent macrosegregations are marked. The products obtained by the process according to the invention preferably have a dispersion criterion e of less than 3.3, preferably less than 3, more preferably less than 2.5, still more preferably less than 2 and preferably less than 1.5.
On peut également appliquer ce critère de dispersion à plusieurs éléments dont la teneur individuelle est supérieure à 0.5%. Dans le cas où Ton considère la somme de plusieurs éléments, les valeurs pour normaliser l’écart maximal AC/A, et/ou la transformée de Fourier correspondent à la somme des concentrations nominales des éléments considérés. This dispersion criterion can also be applied to several elements whose individual content is greater than 0.5%. In the case where the sum of several elements is considered, the values for normalizing the maximum deviation AC / A, and / or the Fourier transform correspond to the sum of the nominal concentrations of the considered elements.
11 est également utile de réaliser une analyse par transformée de Fourier du profil brut de composition et de le normaliser par la composition nominale de l’élément. Une telle analyse permet d’identifier des périodes spatiales caractérisant la macroségrégation intermittente. Les inventeurs ont pu constater que la macroségrégation intermittente présente des périodes comprises entre deux valeurs définies en fonction du taux de réduction R appliqué au lingot pendant le procédé de transformation. Typiquement la macroségrégation intermittente présente des périodes comprises entre 8/R et 25/R mm. It is also useful to perform a Fourier transform analysis of the raw composition profile and to normalize it by the nominal composition of the element. Such an analysis makes it possible to identify spatial periods characterizing the intermittent macrosegregation. The inventors have found that the intermittent macrosegregation has periods between two values defined according to the reduction rate R applied to the ingot during the transformation process. Typically the intermittent macrosegregation has periods of between 8 / R and 25 / R mm.
On appelle taux de réduction le rapport entre l’épaisseur du lingot obtenue par le procédé de coulée et l’épaisseur du produit plat final obtenu après corroyage ou si un scalcape est effectué l’épaisseur obtenue après scalpage et l’épaisseur du produit plat final obtenu après corroyage. Par exemple, dans le cas d’un laminage à chaud, si le lingot coulé présente une épaisseur de
550 mm et qu’il est scalpé à 500 mm pour supprimer la couche corticale en surface ou d’éventuels défauts, s’il est laminé à une épaisseur finale de 100 mm, le taux de réduction est égal à 5. The reduction ratio is the ratio between the thickness of the ingot obtained by the casting process and the thickness of the final flat product obtained after grinding or if a scalping is performed the thickness obtained after scalping and the thickness of the final flat product. obtained after wrought. For example, in the case of hot rolling, if the cast ingot has a thickness of 550 mm and it is scalped to 500 mm to remove the cortical layer on the surface or possible defects, if it is rolled to a final thickness of 100 mm, the reduction rate is equal to 5.
Quand la macroségrégation intermittente est importante, et que le lingot ne subit pas de déformation plastique supérieure à 5%, le taux de réduction est sensiblement égal à 1. On observe donc dans ce cas un pic de l’amplitude des composantes de Fourier pour des périodes spatiales comprises entre 8 et 25 mm. When the intermittent macrosegregation is important, and the ingot does not undergo plastic deformation greater than 5%, the reduction ratio is substantially equal to 1. There is therefore in this case a peak of the amplitude of the Fourier components for spatial periods between 8 and 25 mm.
On détermine un critère adimensionnel d’intensité spectrale z qui correspond à l’amplitude maximale des composantes de Fourier dans une plage de période spatiale comprise entre 8/R et 25/R mm, normalisée par la concentration nominale Co de l’élément considéré. Les produits obtenus par le procédé selon l’invention ont de préférence un critère z inférieur à 0.01, de préférence inférieur à 0.007 et de manière préférée inférieur à 0.005. An adimensional spectral intensity criterion z is determined which corresponds to the maximum amplitude of the Fourier components in a range of spatial period between 8 / R and 25 / R mm, normalized by the nominal concentration Co of the considered element. The products obtained by the process according to the invention preferably have a z-criterion less than 0.01, preferably less than 0.007 and preferably less than 0.005.
Les critères de dispersion e et d’intensité spectrale z sont avantageusement appliqués à l’élément majeur de l’alliage considéré, typiquement au Zn pour un alliage 7xxx ou au Cu pour un alliage 2xxx. On peut également appliquer ces critères à la somme de plusieurs éléments dont la teneur individuelle est supérieure à 0.5%, par exemple la somme Zn + Cu dans certains alliages 7xxx ou la somme Mg + Si dans les alliages 6xxx. The dispersion criteria e and spectral intensity z are advantageously applied to the major element of the alloy in question, typically Zn for a 7xxx alloy or Cu for a 2xxx alloy. These criteria can also be applied to the sum of several elements whose individual content is greater than 0.5%, for example the sum Zn + Cu in some alloys 7xxx or the sum Mg + Si in alloys 6xxx.
Dans le cas où l’on considère la somme de plusieurs éléments, les valeurs pour normaliser l’écart maximal AC/L, et/ou la transformée de Fourier correspondent à la somme des concentrations nominales des éléments considérés. In the case where we consider the sum of several elements, the values to normalize the maximum deviation AC / L, and / or the Fourier transform correspond to the sum of the nominal concentrations of the considered elements.
Les figures 1 et 2 illustrent une lingotière permetant une mise en œuvre de l'invention. Dans cet exemple, un alliage d’aluminium 1 s’écoule dans une lingotière 2, à travers une ouverture 2i. La coulée s'effectue selon un axe Z vertical, à travers la lingotière. La lingotière est délimitée par une enceinte périphérique dont la section, dans un plan horizontal XY, est parallélépipédique. La lingotière définit un cadre, parallèlement à un axe longitudinal Y, selon une largeur W, et, parallèlement à un axe transversal X, en définissant une épaisseur T. La largeur W est supérieure à l'épaisseur T. L'épaisseur T correspond à une distance entre deux parois verticales 2p délimitant la lingotière 2. La coulée forme un lingot parallélépipédique. Un plan, dit plan médian M, s'étend à mi-épaisseur (T/2), parallèlement à l'axe vertical Z et à l'axe longitudinal Y du lingot. L'épaisseur T est supérieure à 400 mm, de préférence supérieure à 500 mm et de manière encore plus préférée supérieure à 600 mm. L'épaisseur T est de préférence comprise entre 400 mm et 750 mm. Figures 1 and 2 illustrate an ingot mold allowing an implementation of the invention. In this example, an aluminum alloy 1 flows into an ingot mold 2, through an opening 2i. The casting is carried out along a vertical axis Z, through the ingot mold. The mold is delimited by a peripheral enclosure whose section, in a horizontal plane XY, is parallelepipedic. The mold defines a frame, parallel to a longitudinal axis Y, along a width W, and, parallel to a transverse axis X, defining a thickness T. The width W is greater than the thickness T. The thickness T corresponds to a distance between two vertical walls 2p defining the ingot mold 2. The casting forms a parallelepiped ingot. A plane, said median plane M, extends at mid-thickness (T / 2), parallel to the vertical axis Z and the longitudinal axis Y of the ingot. The thickness T is greater than 400 mm, preferably greater than 500 mm and even more preferably greater than 600 mm. The thickness T is preferably between 400 mm and 750 mm.
Un fluide de refroidissement 3, par exemple de l’eau, s’écoule contre la paroi du lingot solidifié. Ce procédé est connu en tant que coulée semi-continue par refroidissement direct (« Direct-
Chili Casting »). Un faux-fond 4 est translaté de façon à s’éloigner de l’ouverture 2i au cours de la coulée. La vitesse de translation du faux-fond correspond à une vitesse dite de coulée V. Sous l’effet du refroidissement, une zone d'alliage solide ls se forme, à proximité de l’enceinte refroidie, autour d’une zone d'alliage liquide lf, désignée par le terme « marais ». L’interface entre le marais l et la zone solide ls forme un front 10. A l’issue du refroidissement, le lingot, est formé. Le front 10 présente une pente, par rapport à la verticale, variable en fonction de la position dans l'épaisseur. On appelle l'angle du front un angle a entre la tangente au front, en un point, et la verticale, c'est-à-dire l'axe Z. Plus l'angle du front a est faible, plus la tangente au front est orientée verticalement. L'angle du front est a représenté sur la figure 11. L'angle du front varie selon l'axe transversal X. A cooling fluid 3, for example water, flows against the wall of the solidified ingot. This process is known as semi-continuous casting by direct cooling ("Direct- Chili Casting "). A false bottom 4 is translated so as to move away from the opening 2i during the casting. The translational speed of the false bottom corresponds to a so-called casting speed V. Under the effect of cooling, a solid alloy zone ls forms, near the cooled enclosure, around an alloy zone liquid lf, referred to as "swamp". The interface between the marsh l and the solid zone ls forms a front 10. At the end of cooling, the ingot is formed. The front 10 has a slope, relative to the vertical, variable depending on the position in the thickness. The angle of the front is called an angle a between the tangent to the front, at a point, and the vertical, that is to say the Z axis. The lower the angle of the front a, the more the tangent to the forehead is oriented vertically. The angle of the front is shown in Figure 11. The angle of the front varies along the transverse axis X.
Sur l'exemple représenté sur la figure 1, le front 10 est stationnaire : il reste sensiblement à la même position, tandis que la matière se déplace verticalement, à la vitesse de coulée. In the example shown in Figure 1, the front 10 is stationary: it remains substantially at the same position, while the material moves vertically at the casting speed.
Dans les procédés selon l'art antérieur, des macro-ségrégations intermittentes 11 se forment dans le lingot, et en particulier dans une plage d'épaisseur comprise entre T/3.3 et T/2.3 de part et d'autre du plan médian M. In the processes according to the prior art, intermittent macro-segregations 11 are formed in the ingot, and in particular in a thickness range between T / 3.3 and T / 2.3 on either side of the median plane M.
L’alliage est un alliage d’aluminium de la série 1XXX, 2XXX, 3 XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX ou 8XXX. Les alliages dont la fraction massique en éléments d’alliage est supérieure à 1%, voire supérieure à 3% ou encore à 5% sont particulièrement adaptés à un procédé selon l’invention, car plus cete fraction massique de ces éléments d’alliages est importante, plus les ségrégations intermittentes sont marquées. L’invention est particulièrement avantageuse pour les produits en alliage de type 2XXX, 6XXX ou 7XXX. The alloy is an aluminum alloy of the 1XXX, 2XXX, 3 XXX, 4XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX or 8XXX series. Alloys whose mass fraction of alloying elements is greater than 1%, or even greater than 3% or even 5%, are particularly suitable for a process according to the invention, since the greater the mass fraction of these alloying elements is significant, the more intermittent segregations are marked. The invention is particularly advantageous for alloy products of type 2XXX, 6XXX or 7XXX.
On a représenté un générateur de champ magnétique 5, apte à générer un champ magnétique B destiné à être appliqué à l'alliage liquide lf. Un tel générateur peut être un aimant permanent mobile ou un inducteur électromagnétique, ce dernier générant un champ magnétique lorsqu’il est parcouru par un courant électrique, dit courant d’induction. There is shown a magnetic field generator 5, capable of generating a magnetic field B intended to be applied to the liquid alloy lf. Such a generator may be a moving permanent magnet or an electromagnetic inductor, the latter generating a magnetic field when traversed by an electric current, said induction current.
Le champ magnétique B appliqué à l'alliage liquide lf est un champ alternatif, d’amplitude B0 et de fréquence /. L’effet de ce champ magnétique est d’appliquer un brassage du marais, par le moyen de forces de Lorentz s’appliquant sur l'alliage liquide lf. En effet, l’application d’un champ magnétique B engendre, dans l’alliage, la formation d’un courant électrique J résultant, au sein de l'alliage liquide lf soumis au champ magnétique, en l’apparition d’une force de Lorentz F telle que F oc J x B où x désigne l’opérateur produit vectoriel, et oc désigne une relation de proportionnalité. La force de Lorentz présente une composante oscillante à une fréquence double de la fréquence / du champ magnétique. The magnetic field B applied to the liquid alloy lf is an alternating field of amplitude B 0 and frequency /. The effect of this magnetic field is to apply a mixing of the marsh, by means of Lorentz forces applying to the liquid alloy lf. Indeed, the application of a magnetic field B generates, in the alloy, the formation of a resulting electric current J, within the liquid alloy lf subjected to the magnetic field, in the appearance of a force of Lorentz F such that F oc J x B where x denotes the vector product operator, and oc denotes a proportionality relation. The Lorentz force has an oscillating component at a frequency twice the frequency / magnetic field.
Du fait de l’épaisseur de la lingotière, la fréquence / est choisie de manière à permetre une pénétration suffisante du champ magnétique B dans le marais, de façon à obtenir un brassage
efficace du liquide. La fréquence / est d’autant plus faible que l’épaisseur du produit est élevée. Dans le cas d’un lingot d’épaisseur supérieure à 400 mm, la fréquence est de préférence inférieure à 5 Hz, et de façon encore plus avantageuse inférieure à 2 Hz ou à lHz. Due to the thickness of the mold, the frequency / is chosen so as to allow sufficient penetration of the magnetic field B in the marsh, so as to obtain a stirring effective liquid. The frequency / is all the lower as the thickness of the product is high. In the case of an ingot with a thickness greater than 400 mm, the frequency is preferably less than 5 Hz, and even more advantageously less than 2 Hz or 1 Hz.
Le générateur 5 est apte à générer un champ magnétique glissant. Le terme champ magnétique glissant désigne un champ magnétique alternatif, dont l’amplitude B0 n’est pas constante, et varie entre une valeur minimale et une amplitude maximale B™ax , l’amplitude maximale B™ax se propageant selon un axe de propagation. Par amplitude, on entend la valeur maximale que prend une grandeur périodique. L’application d’un champ magnétique glissant se traduit, en un point du marais, par une variation périodique de son amplitude. Ainsi, l’amplitude du champ magnétique en un point du marais varie en fonction du temps, entre une amplitude minimale B™ul et une amplitude maximale B™ax . The generator 5 is able to generate a sliding magnetic field. The term "sliding magnetic field" designates an alternating magnetic field, whose amplitude B 0 is not constant, and varies between a minimum value and a maximum amplitude B ™ ax , the maximum amplitude B ™ ax propagating along an axis of spread. By amplitude, we mean the maximum value taken by a periodic quantity. The application of a sliding magnetic field is translated, at a point of the marsh, by a periodic variation of its amplitude. Thus, the amplitude of the magnetic field at a point in the marsh varies as a function of time, between a minimum amplitude B ™ ul and a maximum amplitude B ™ ax .
Le générateur de champ magnétique glissant 5 peut être constitué par plusieurs inducteurs électromagnétiques disposés autour de l’enceinte périphérique. Sur la figure 2, on a représenté trois paires 5i, 52 et 53 d'inducteurs électromagnétiques. La partie supérieure 5s des inducteurs est positionnée au niveau de la surface libre lsup de l'alliage liquide. Chaque inducteur présente un déphasage de 90° entre la partie supérieure 5s et la partie inférieure 5i. Dans les exemples décrits ci-après, on a utilisé un dispositif tel que décrit dans la demande WO2014/155357. Par grande face d'un lingot, il est entendu une face s'étendant selon l'axe longitudinal Y et l'axe vertical Z. Chaque inducteur comporte une ou plusieurs bobines. Dans cet exemple, chaque bobine est disposée à une distance de 185 mm de la lingotière. D'une façon générale, la distance entre une bobine d'un inducteur et la lingotière peut être comprise entre 10 mm et 200 mm et de façon préférée pour des raisons d’encombrement entre 130 mm et 200 mm. The sliding magnetic field generator 5 may consist of several electromagnetic inductors arranged around the peripheral enclosure. FIG. 2 shows three pairs 5 1 , 5 2 and 5 3 of electromagnetic inductors. The upper part 5s of the inductors is positioned at the level of the free surface l sup of the liquid alloy. Each inductor has a phase shift of 90 ° between the upper part 5s and the lower part 5i. In the examples described below, a device as described in patent application WO2014 / 155357 was used. By large face of an ingot, it is understood a face extending along the longitudinal axis Y and the vertical axis Z. Each inductor comprises one or more coils. In this example, each coil is disposed at a distance of 185 mm from the mold. In general, the distance between a coil of an inductor and the mold may be between 10 mm and 200 mm and preferably for reasons of space between 130 mm and 200 mm.
Le champ magnétique glissant peut également être généré à partir d’un ou plusieurs aimants permanents disposés à la périphérie de la lingotière et mis en mouvement par rapport à cette dernière. Par exemple, il est possible de générer un champ magnétique glissant en faisant tourner un aimant permanent. The sliding magnetic field can also be generated from one or more permanent magnets disposed at the periphery of the mold and set in motion relative thereto. For example, it is possible to generate a sliding magnetic field by rotating a permanent magnet.
La distance l séparant deux maxima d’amplitude du champ magnétique est la longueur d’onde du champ magnétique glissant. La figure 5 représente un exemple de distribution de l’amplitude Bo d’un champ magnétique glissant le long d’un axe de propagation D à un instant t (trait continu), et à un instant t + Dί (trait pointillé). Sur l’axe de propagation, on a représenté une coordonnée r correspondant à la position d’un point du marais. La figure 5 illustre une évolution temporelle d’un champ magnétique alternatif glissant en ce point. Cette évolution est périodique, et s'effectue selon une période P. L’application d’un champ magnétique glissant se traduit, en un point du marais, par une variation périodique de son amplitude. Ainsi, l’amplitude
du champ magnétique en un point du marais varie en fonction du temps, entre une amplitude minimale B™ul et une amplitude maximale B™ax . The distance l between two amplitude maxima of the magnetic field is the wavelength of the sliding magnetic field. FIG. 5 represents an example of distribution of the amplitude Bo of a magnetic field sliding along a propagation axis D at a time t (continuous line), and at a time t + Dί (dashed line). On the axis of propagation, there is shown a coordinate r corresponding to the position of a marsh point. Figure 5 illustrates a time evolution of an alternating magnetic field sliding at this point. This evolution is periodic, and is carried out according to a period P. The application of a sliding magnetic field is translated, in a point of the swamp, by a periodic variation of its amplitude. Thus, the amplitude the magnetic field at a point in the marsh varies with time, between a minimum amplitude B ™ ul and a maximum amplitude B ™ ax .
La force de Lorentz, en un point de coordonnées r du marais, comporte une composante oscillante, modulée selon une fréquence 2f double de la fréquence du champ magnétique. L’amplitude Fo de la densité de force de Lorentz oscillante peut être explicitée selon l’expression: The Lorentz force, at a coordinate point r of the marsh, has an oscillating component, modulated at a frequency 2f double the frequency of the magnetic field. The amplitude Fo of the oscillating Lorentz force density can be explained according to the expression:
F0 (r)= 1/2 s f l B0 2 (r) (1), où s désigne la conductivité électrique. F 0 (r) = 1/2 sfl B 0 2 (r) (1), where s denotes the electrical conductivity.
L’amplitude de la force de Lorentz, en un point r du marais dépend du carré de l’amplitude du champ magnétique appliqué en ce point. En se plaçant dans le repère XYZ, lié à la lingotière 2, la propagation d’une valeur maximale de l’amplitude du champ magnétique B™ax , le long d’un axe de propagation, entraîne, simultanément, la propagation d’une force de Lorentz d’intensité maximale Fmax selon l’axe de propagation. La combinaison des forces se propageant le long de l’axe de propagation établit un mouvement du liquide selon cet axe constituant un brassage électromagnétique. The amplitude of the Lorentz force, at a point r of the marsh, depends on the square of the amplitude of the magnetic field applied at this point. By placing itself in the reference XYZ, linked to the mold 2, the propagation of a maximum value of the amplitude of the magnetic field B ™ ax , along an axis of propagation, causes, simultaneously, the propagation of a Lorentz force of maximum intensity F max along the axis of propagation. The combination of forces propagating along the axis of propagation establishes a movement of the liquid along this axis constituting an electromagnetic stirring.
Les inventeurs ont constaté qu’il était possible d’améliorer les propriétés d’un produit plat en alliage d'aluminium d’épaisseur supérieure à 12.5 mm en ajustant les conditions de brassage pendant la coulée du lingot servant à l’obtention du produit plat après transformation dudit lingot. Le procédé de transformation comprenant une mise en solution à une température supérieure à 450°C, une trempe et un revenu ou maturation pour obtenir un produit plat en alliage d’aluminium. The inventors have found that it is possible to improve the properties of a flat aluminum alloy product greater than 12.5 mm thick by adjusting the stirring conditions during the casting of the ingot used to obtain the flat product. after transformation of said ingot. The process of transformation comprising dissolution at a temperature above 450 ° C, quenching and tempering or ripening to obtain a flat product of aluminum alloy.
Optionnellement une opération de scalpage peut être effectuée pendant le procédé de transformation afin d’éliminer des défauts de surface rédhibitoires si une opération de corroyage, comme le laminage est effectuée subséquemment. Optionally, a scalping operation can be performed during the transformation process in order to eliminate unacceptable surface defects if a wrenching operation, as the rolling is subsequently performed.
Les inventeurs ont découvert deux modes de coulée permettant d’améliorer les propriétés dans l’épaisseur du produit plat : The inventors have discovered two casting modes for improving the properties in the thickness of the flat product:
une coulée avec brassage électromagnétique non stationnaire a casting with non-stationary electromagnetic stirring
une coulée avec brassage électromagnétique stationnaire plaquant.
Coulée avec brassage électromagnétique non stationnaire a casting with stationary electromagnetic stirring. Casting with non-stationary electromagnetic stirring
Les conditions de coulées correspondantes à la coulée avec brassage électromagnétique non stationnaire sont décrites dans la demande PCT/FR2017/051195. The casting conditions corresponding to casting with non-stationary electromagnetic stirring are described in application PCT / FR2017 / 051195.
Les inventeurs ont constaté qu’en modulant, dans le temps, l’amplitude maximale de la force de Lorentz Fmax se propageant dans le marais, les macroségrégations intermittentes sont atténuées, voire disparaissent, et cela particulièrement sur des lingots dont l’épaisseur est supérieure à 400 mm. The inventors have found that by modulating, in time, the maximum amplitude of the Lorentz force F max propagating in the marsh, the intermittent macrosegregations are attenuated or even disappear, and this particularly on ingots whose thickness is greater than 400 mm.
Cette modulation temporelle peut être obtenue par une variation d’un paramètre, dit paramètre magnétique de force, commandant l’amplitude de la densité de force de Lorentz explicitée dans l’équation (1), par exemple : This temporal modulation can be obtained by a variation of a parameter, called magnetic force parameter, controlling the amplitude of the Lorentz force density explained in equation (1), for example:
la valeur de l’amplitude maximale B™ax du champ magnétique ; the value of the maximum amplitude B ™ ax of the magnetic field;
de la fréquence / du champ magnétique ; the frequency / magnetic field;
la longueur d’onde l du champ magnétique glissant. the wavelength l of the sliding magnetic field.
Le procédé avec brassage électromagnétique non stationnaire peut comporter l’une quelconque des caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaison : The non-stationary electromagnetic stirring process may include any of the following characteristics, taken alone or in combination:
la fréquence du champ magnétique est inférieure à 5 Hz, ou 2 Hz ou 1 Hz ; the frequency of the magnetic field is less than 5 Hz, or 2 Hz or 1 Hz;
la force de Lorentz d’intensité maximale, se propageant selon l’axe de propagation, varie d’au moins 30 N.m 3 dans un intervalle temporel compris entre 50 secondes et 10 minutes ; le champ magnétique est tel que la valeur absolue de la variation de la densité de la force de Lorentz maximale est supérieure ou égale à 0.05 N.m 3. s 1 durant ledit intervalle temporel ; l’axe de propagation de l’amplitude maximale du champ magnétique appartient à un plan parallèle à la direction de coulée ; the Lorentz force of maximum intensity, propagating along the axis of propagation, varies by at least 30 Nm 3 in a time interval of between 50 seconds and 10 minutes; the magnetic field is such that the absolute value of the variation of the density of the maximum Lorentz force is greater than or equal to 0.05 Nm 3 . s 1 during said time interval; the axis of propagation of the maximum amplitude of the magnetic field belongs to a plane parallel to the direction of casting;
au cours de la coulée, la variation du paramètre de force est périodique, la période étant comprise entre 50 s et 20 minutes, ou entre 1 minute et 15 minutes, ou entre 2 minutes et 10 minutes ; during casting, the variation of the force parameter is periodic, the period being between 50 s and 20 minutes, or between 1 minute and 15 minutes, or between 2 minutes and 10 minutes;
au cours de la coulée, la force de Lorentz d’intensité maximale n’est pas égale à zéro au cours de la coulée, la variation du paramètre de force n’est pas obtenue par une interruption périodique du champ glissant. during the casting, the Lorentz force of maximum intensity is not equal to zero during the casting, the variation of the force parameter is not obtained by a periodic interruption of the sliding field.
le nombre adimensionnel de Hartmann, en au moins un point de la partie liquide de l’alliage, varie au moins d’un facteur 3, voire d’un facteur 5, dans ledit intervalle temporel ; l’alliage d’aluminium est choisi parmi les alliages de types 2XXX, 6XXX ou 7XXX. Selon un mode de réalisation, les générateurs sont des inducteurs électromagnétiques, chaque inducteur électromagnétique étant parcouru par un courant dit courant d’induction. Le procédé comporte, durant ledit intervalle temporel :
une variation d’une intensité du courant d’induction ; the adimensional number of Hartmann, in at least one point of the liquid part of the alloy, varies by at least a factor of 3, or even a factor of 5, in said time interval; the aluminum alloy is chosen from alloys of types 2XXX, 6XXX or 7XXX. According to one embodiment, the generators are electromagnetic inductors, each electromagnetic inductor being traversed by a current called induction current. The method comprises, during said time interval: a variation of an intensity of the induction current;
et/ou une variation d’une fréquence du courant d’induction ; and / or a variation of a frequency of the induction current;
et/ou une variation d’une distance entre un inducteur électromagnétique et la lingotière. et/ou une variation du déphasage du courant entre les bobines qui conduit à une variation de la longueur d’onde du champ magnétique glissant. and / or a variation of a distance between an electromagnetic inductor and the mold. and / or a variation of the phase shift of the current between the coils which leads to a variation of the wavelength of the sliding magnetic field.
Selon ce mode de réalisation, le procédé peut comporter une variation de l’intensité ou de la fréquence du courant d’induction parcourant un inducteur, le procédé comportant alors : According to this embodiment, the method may comprise a variation of the intensity or frequency of the induction current flowing through an inductor, the method then comprising:
une étape préalable de définition d’au moins une valeur critique de l’intensité et de la fréquence du courant d’induction générant, au niveau d’une surface libre de l’alliage d’aluminium s’écoulant dans la lingotière, une onde résonante ; a preliminary step of defining at least one critical value of the intensity and the frequency of the induction current generating, at a free surface of the aluminum alloy flowing in the mold, a wave resonant;
une détermination d’une plage de variation de l’intensité ou de la fréquence du courant d’induction en fonction de ladite valeur critique préalablement définie. determining a range of variation of the intensity or frequency of the induction current as a function of said previously defined critical value.
Le procédé peut comporter une définition d’une pluralité de valeurs critiques de l’intensité et de la fréquence du courant d’induction, de façon à définir une courbe de résonance, représentant les valeurs critiques d’intensité et de fréquence générant une résonance de ladite surface libre, le procédé comportant une détermination d’une plage de variation de l’intensité ou de la fréquence du courant d’induction dans un domaine délimité par ladite courbe de résonance. The method may include a definition of a plurality of critical values of the intensity and frequency of the induction current, so as to define a resonance curve, representing the critical intensity and frequency values generating a resonance of said free surface, the method comprising determining a range of variation of the intensity or frequency of the induction current in a range delimited by said resonance curve.
De manière préférée, le procédé comporte une variation de la fréquence du courant d’induction parcourant un inducteur. Preferably, the method comprises a variation of the frequency of the induction current flowing through an inductor.
Selon un mode de réalisation, au moins un générateur est un aimant permanent, le procédé comportant : According to one embodiment, at least one generator is a permanent magnet, the method comprising:
une variation d’une distance entre l’aimant permanent et la lingotière ; a variation of a distance between the permanent magnet and the mold;
et/ou une rotation de l’aimant permanent, et une variation de la vitesse de rotation de l’aimant ; and / or a rotation of the permanent magnet, and a variation of the rotational speed of the magnet;
et/ou une rotation de deux aimants permanents. and / or a rotation of two permanent magnets.
Lorsque le champ magnétique glissant est généré par une pluralité d’inducteurs électromagnétiques disposés à la périphérie de la lingotière, la modulation temporelle de la densité de force de Lorentz peut être obtenue en modifiant le pas polaire, c’est-à-dire le déphasage entre les courants d’induction circulant dans chaque inducteur. Une telle modification permet de faire varier la longueur d’onde l du champ magnétique glissant, c’est- à-dire la distance entre deux maximas se propageant selon l’axe de propagation. La fréquence du courant d’induction circulant dans les inducteurs peut être variable, ce qui modifie la fréquence / du champ magnétique. L’amplitude du courant d’induction peut également être variable, ce qui modifie la valeur de l’amplitude maximale B™ax du champ magnétique. Sur la figure 3, on a représenté un mode de réalisation dans lequel la valeur de l’amplitude maximale
B™ax du champ magnétique et la longueur d’onde l du champ magnétique glissant sont variables au cours du temps. Ainsi, on a représenté une distribution spatiale de l’amplitude B0(t) dans le marais, à un instant t (trait continu), ainsi qu’une distribution spatiale de l’amplitude B0(t + At), à un instant t + At (trait pointillé). Durant l’intervalle temporel At, l’amplitude maximale B™ax varie entre B™ax(t) et B™ax(t + At). De même, la longueur d’onde l a été modifiée, passant de À(t) à À(t + At). Sur la figure 4, qui représente une évolution temporelle d’un champ magnétique alternatif glissant en un point, on a représenté un mode de réalisation dans lequel la valeur de l’amplitude maximale B™ax du champ magnétique varie, au cours du temps, pour une fréquence / et une longueur d’onde l constantes. When the sliding magnetic field is generated by a plurality of electromagnetic inductors arranged at the periphery of the mold, the temporal modulation of the Lorentz force density can be obtained by modifying the polar pitch, that is to say the phase shift between the induction currents flowing in each inductor. Such a modification makes it possible to vary the wavelength 1 of the sliding magnetic field, that is to say the distance between two maxima propagating along the axis of propagation. The frequency of the induction current flowing in the inductors can be variable, which modifies the frequency / magnetic field. The amplitude of the induction current can also be variable, which modifies the value of the maximum amplitude B ™ ax of the magnetic field. FIG. 3 shows an embodiment in which the value of the maximum amplitude B ™ ax of the magnetic field and the wavelength l of the sliding magnetic field are variable over time. Thus, a spatial distribution of the amplitude B 0 (t) in the marsh, at a time t (continuous line), as well as a spatial distribution of the amplitude B 0 (t + At), has been represented at a moment t + At (dashed line). During the time interval At, the maximum amplitude B ™ ax varies between B ™ ax (t) and B ™ ax (t + At). Similarly, the wavelength has been changed from A (t) to A (t + At). FIG. 4, which represents a temporal evolution of an alternating magnetic field sliding at a point, shows an embodiment in which the value of the maximum amplitude B ™ ax of the magnetic field varies, over time, for a constant frequency / wavelength l.
De ce fait, l’amplitude maximale de la force de Lorentz, se propageant dans le marais, varie entre t et t + At, entre les valeurs Fmax(t) et Fmax(t + At). As a result, the maximum amplitude of the Lorentz force, propagating in the marsh, varies between t and t + At, between the values F max (t) and F max (t + At).
La modulation temporelle d’un paramètre de force est mise en œuvre pendant la coulée, durant une durée significative, de préférence supérieure à 50% voire à 80% de la durée de la coulée. Cette modulation temporelle peut par exemple être appliquée durant au moins 30 minutes, voire au moins 1 heure. The temporal modulation of a force parameter is implemented during casting, during a significant period of time, preferably greater than 50% or even 80% of the duration of the casting. This temporal modulation may for example be applied for at least 30 minutes, or even at least 1 hour.
Un champ magnétique glissant B peut notamment être généré à partir de deux inducteurs disposés sur une même face du lingot. Les inducteurs sont disposés de préférence face à une grande face du lingot, c’est-à-dire une des deux faces du lingot présentant la plus grande section verticale. Les inducteurs peuvent être superposés l’un à l’autre, de façon à engendrer un déphasage dit vertical, ou disposés côte à côte, de façon à engendrer un déphasage horizontal. On peut utiliser un dispositif décrit dans la demande WO2014/155357, et plus précisément trois inducteurs, orientés selon l’axe vertical Z, sont disposés face à chaque grande face du lingot. A sliding magnetic field B can in particular be generated from two inductors disposed on the same face of the ingot. The inductors are preferably arranged facing a large face of the ingot, that is to say one of the two faces of the ingot having the largest vertical section. The inductors can be superimposed on one another, so as to generate a so-called vertical phase shift, or arranged side by side, so as to generate a horizontal phase shift. It is possible to use a device described in the application WO2014 / 155357, and more precisely three inductors, oriented along the vertical axis Z, are arranged facing each large face of the ingot.
Le champ magnétique glissant peut également être généré à partir d’un ou plusieurs aimants permanents disposés à la périphérie de la lingotière et mis en mouvement par rapport à cette dernière. Par exemple, il est possible de générer un champ magnétique glissant en faisant tourner un aimant permanent. The sliding magnetic field can also be generated from one or more permanent magnets disposed at the periphery of the mold and set in motion relative thereto. For example, it is possible to generate a sliding magnetic field by rotating a permanent magnet.
Une variation des paramètres du champ magnétique glissant, qu’il s’agisse de son amplitude, de sa fréquence ou de sa longueur d’onde permet d’appliquer une force de Lorentz non stationnaire dans le marais. Les inventeurs ont constaté que cela permet d’atténuer l’apparition des macroségrégations intermittentes voire de les faire disparaître. De telles conditions influent probablement sur les recirculations se produisant spontanément dans le marais, et réduisent leurs conséquences. A variation of the sliding magnetic field parameters, be it its amplitude, its frequency or its wavelength makes it possible to apply a non-stationary Lorentz force in the marsh. The inventors have found that this makes it possible to attenuate the appearance of intermittent macrosegregations or even to make them disappear. Such conditions probably affect spontaneous recirculations in the marsh and reduce their consequences.
De préférence, dans le marais, la vitesse de variation de la densité maximale de force de Lorentz est supérieure à 0.05 N.m^.s 1, et de préférence supérieure à 0.1 N.m^.s 1, et de préférence supérieure à 0.2 N.m^.s 1. Dans un mode de réalisation la vitesse maximale de variation de la
densité maximale de force de Lorentz pendant la coulée est au moins de 1 N.m 3. s 1 et de préférence au moins de 2 N.m 3. s 1 . Preferably, in the marsh, the rate of variation of the maximum Lorentz force density is greater than 0.05 Nm.sup.- 1 , and preferably greater than 0.1 Nm.sup.- 1 , and preferably greater than 0.2 Nm.sup.2. s 1 . In one embodiment, the maximum speed of variation of the maximum density of Lorentz force during casting is at least 1 Nm 3 . s 1 and preferably at least 2 Nm 3 . s 1 .
De préférence, la variation d’un ou plusieurs paramètres de force a lieu dans un intervalle temporel inférieur ou égal aux durées caractéristiques des recirculations générées par convection naturelle. Ces durées varient selon l’épaisseur du lingot et de la vitesse de coulée. En considérant des épaisseurs e comprises entre 400 mm et 700 mm, et des vitesses de coulée comprises entre 30 mm/min et 80 mm/min, les durées caractéristiques des recirculations s’étendent entre 50 secondes (épaisseur de 400 mm, vitesse de coulée de 30 mm/min) et 10 minutes (épaisseur de 700 mm, vitesse de coulée de 80 mm/min). Ainsi, les paramètres de force varient dans un intervalle temporel At déterminé en fonction de ces durées caractéristiques. Par variation, on entend une variation significative, d’au moins 10% du paramètre de force considéré, et de préférence d’au moins 20% voire 30% du paramètre de force. Preferably, the variation of one or more force parameters takes place in a time interval that is less than or equal to the characteristic durations of the recirculations generated by natural convection. These times vary according to the thickness of the ingot and the casting speed. Considering thicknesses e between 400 mm and 700 mm, and casting speeds of between 30 mm / min and 80 mm / min, the characteristic durations of the recirculations extend between 50 seconds (thickness of 400 mm, casting speed 30 mm / min) and 10 minutes (thickness of 700 mm, casting speed of 80 mm / min). Thus, the force parameters vary in a time interval At determined according to these characteristic times. By variation is meant a significant variation, of at least 10% of the force parameter considered, and preferably of at least 20% or even 30% of the force parameter.
La variation d’un paramètre de force peut être périodique, la période temporelle de variation pouvant être de l’ordre d’une durée caractéristique de recirculation, c’est-à-dire être comprise entre 50 secondes et 10 minutes selon les conditions de dimensions et de vitesse de la coulée. De préférence, dans le marais, pendant la période temporelle de variation, la densité maximale de force de Lorentz varie d’au moins 30 N.m 3, et avantageusement d’au moins 40 N.m 3, et de préférence d’au moins 50 N.m 3, et encore plus préférentiellement d’au moins 60 N.m 3. The variation of a force parameter may be periodic, the time period of variation may be of the order of a characteristic recirculation time, that is to say be between 50 seconds and 10 minutes depending on the conditions of dimensions and speed of the casting. Preferably, in the marsh, during the temporal period of variation, the maximum density of Lorentz force varies by at least 30 Nm 3 , and advantageously by at least 40 Nm 3 , and preferably by at least 50 Nm 3 and even more preferably at least 60 Nm 3 .
La variation d’un paramètre de force peut également être monotone au cours de la coulée, par exemple selon une fonction croissante ou décroissante entre le début et la fin de la coulée, la valeur du paramètre de force variant de façon continue ou par incréments successifs. The variation of a force parameter can also be monotonous during the casting, for example according to an increasing or decreasing function between the beginning and the end of the casting, the value of the force parameter varying continuously or in successive increments .
Avantageusement, au cours de la coulée, la force de Lorentz d’intensité maximale n’est pas égale à zéro. Typiquement, elle est égale à zéro lorsque le courant dans les inducteurs ou les bobines est égale à zéro. Donc de manière avantageuse, la variation du paramètre de force n’est pas obtenue par une interruption périodique du champ glissant. Advantageously, during the casting, the Lorentz force of maximum intensity is not equal to zero. Typically, it is zero when the current in the inductors or coils is zero. Therefore, advantageously, the variation of the force parameter is not obtained by a periodic interruption of the sliding field.
Avantageusement, au cours de la coulée, la force de Lorentz d’intensité maximale est supérieure à 80 N/m3, de préférence supérieure à 100 N/m3, de préférence supérieure à 120 N/m3 . de manière encore plus préférée supérieure à 140 N/m3 . Les inventeurs ont en effet constaté que la suppression des macroségrégations intermittentes n’était pas optimum lorsque la force était trop faible. La valeur minimale à partir de laquelle la suppression des macroségrégations intermittentes est améliorée dépend de l’ensemble des paramètres de coulée, en particulier du mode de brassage, de la position des inducteurs par rapport à la plaque et de la composition de l’alliage. Advantageously, during the casting, the Lorentz force of maximum intensity is greater than 80 N / m 3 , preferably greater than 100 N / m 3 , preferably greater than 120 N / m 3 . even more preferably greater than 140 N / m 3 . The inventors have indeed found that the suppression of intermittent macrosegregations was not optimum when the force was too weak. The minimum value from which the suppression of intermittent macrosegregations is improved depends on the set of casting parameters, in particular the mixing mode, the position of the inductors with respect to the plate and the composition of the alloy.
Selon un mode de réalisation, la fréquence / et/ou l’amplitude maximale B™ax du champ magnétique sont modifiées respectivement en faisant varier la fréquence et l’amplitude du courant d’induction circulant dans des inducteurs. Pour cela, le procédé peut comprendre une
étape préalable de définition d’un domaine de fonctionnement, c’est-à-dire une plage de variation de la fréquence et/ou de l’intensité du courant d’induction. Cette étape préalable comprend la détermination d’une ou de plusieurs valeurs de couples fréquence/intensité, dites valeurs critiques, générant, à la surface libre lsup du marais, une résonance, la résonance se traduisant par l’apparition d’oscillations significatives de ladite surface libre lsup, cette dernière étant représentée sur la figure 7. Ces oscillations significatives sont généralement observées à l’œil nu. Par oscillation significative, on entend par exemple une oscillation dont l’amplitude est supérieure ou égale à 5 mm selon l’axe vertical Z. Par exemple, la fréquence du courant est fixée et on augmente l’intensité du courant d’induction jusqu’à ce qu’une oscillation significative soit observée. According to one embodiment, the frequency / and / or the maximum amplitude B ™ ax of the magnetic field are modified respectively by varying the frequency and amplitude of the induction current flowing in inductors. For this, the method may comprise a preliminary step of defining an operating range, that is to say a range of variation of the frequency and / or intensity of the induction current. This preliminary step comprises the determination of one or more values of frequency / intensity pairs, called critical values, generating, on the free surface of the sup of the marsh, a resonance, the resonance resulting in the appearance of significant oscillations of said free surface l sup , the latter being shown in Figure 7. These significant oscillations are generally observed with the naked eye. By significant oscillation is meant for example an oscillation whose amplitude is greater than or equal to 5 mm along the vertical axis Z. For example, the frequency of the current is fixed and the intensity of the induction current is increased up to a significant oscillation is observed.
En considérant différentes valeurs critiques de fréquence (ou d’intensité), il est possible de déterminer expérimentalement une courbe de résonance CR, dans un plan fréquence/intensité correspondant aux différents couples (fréquence/intensité) auxquels une résonance est observée à la surface libre du marais. A partir de cette courbe CR, on détermine une plage de variation de l’intensité et/ou de la fréquence, de façon à éviter ou limiter l’apparition d’une résonance de la surface libre du marais. En effet, la courbe de résonance délimite une zone de stabilité et une zone d’instabilité, dans laquelle la coulée peut devenir dangereuse. Cependant, le fait de moduler la fréquence ou l’intensité du courant d’induction, et donc la fréquence / ou l’amplitude maximale B™ax du champ magnétique glissant, permet de s’approcher temporairement de la courbe de résonance CR, par exemple de façon périodique, tout en restant dans la zone de stabilité. Cela permet de maximiser l’intensité de la force de Lorentz, et donc le brassage du marais, tout en restant dans des configurations de sécurité acceptables. En effet, au voisinage de la courbe de résonance, l’effet de brassage est particulièrement important. Considering different critical values of frequency (or intensity), it is possible to determine experimentally a resonance curve CR, in a frequency / intensity plane corresponding to the different pairs (frequency / intensity) at which a resonance is observed at the free surface marsh. From this curve CR, a range of variation of the intensity and / or the frequency is determined so as to avoid or limit the appearance of a resonance of the free surface of the marsh. Indeed, the resonance curve defines a zone of stability and a zone of instability, in which the casting can become dangerous. However, the fact of modulating the frequency or the intensity of the induction current, and therefore the frequency / or the maximum amplitude B ™ ax of the sliding magnetic field, makes it possible to approach temporarily the resonance curve CR, by example periodically, while remaining in the stability zone. This maximizes the intensity of the Lorentz force, and therefore the mixing of the marsh, while remaining in acceptable safety configurations. Indeed, in the vicinity of the resonance curve, the brewing effect is particularly important.
Une telle courbe de résonance CR dépend des conditions de coulée, c’est-à-dire des dimensions de la lingotière, du système de distribution et en particulier de la présence d’un cadre flottant dans le métal liquide, de la vitesse de coulée, de la configuration du champ magnétique appliqué, cette dernière dépendant du générateur de champ magnétique, c’est-à-dire des inducteurs ou du ou des aimants permanents utilisés. Des courbes de résonance CR sont représentées sur les figure 8 et 9, la courbe de la figure 8 a été obtenue en coulant un lingot de section 625 mm x 1520 mm, selon les conditions de l’exemple 1, la courbe de la figure 9 a été obtenue en coulant un lingot de section 525 mm x 1650 mm, selon les conditions de l’exemple 3. Sur cette figure, on a également représenté des abaques représentant un pourcentage de l’intensité d’une force de Lorentz, dite nominale, 100 % correspondant à l’intensité du courant d’induction maximale utilisable dans l’installation lorsque la fréquence est égale à 0.2 Hz. Cette intensité correspond à l’apparition d’une résonance à la fréquence de 0.2 Hz. De préférence, l’intensité et la fréquence du courant d’induction se situent dans un espace délimité par la courbe d’iso-valeur de force
représentant un certain pourcentage de l’intensité de la force de Lorentz nominale, par exemple 10% de cette intensité, et la courbe de résonance. Such a resonance curve CR depends on the casting conditions, that is to say the dimensions of the mold, the distribution system and in particular the presence of a floating frame in the liquid metal, the casting speed , the configuration of the applied magnetic field, the latter depending on the magnetic field generator, that is to say the inductors or the permanent magnet or used. Resonance curves CR are shown in FIGS. 8 and 9, the curve of FIG. 8 was obtained by casting an ingot of section 625 mm × 1520 mm, according to the conditions of example 1, the curve of FIG. was obtained by casting a ingot section 525 mm x 1650 mm, according to the conditions of Example 3. In this figure, there is also represented abacuses representing a percentage of the intensity of a Lorentz force, said nominal , 100% corresponding to the intensity of the maximum induction current that can be used in the installation when the frequency is equal to 0.2 Hz. This intensity corresponds to the appearance of a resonance at the frequency of 0.2 Hz. intensity and frequency of the induction current lie in a space delimited by the iso-force value curve representing a certain percentage of the intensity of the nominal Lorentz force, for example 10% of this intensity, and the resonance curve.
De manière préférée, le procédé comporte une variation de la fréquence du courant d’induction parcourant un inducteur. Les inventeurs ont trouvé qu’il était avantageux de faire varier la fréquence car la variation de pénétration du champ qui en résulte permet de faire varier plus efficacement le gradient de force dans l’épaisseur et la profondeur du puits liquide. Par ailleurs, l’électronique de puissance fait que la variation de fréquence est plus rapide que la variation d’intensité ; ce qui donne un degré de liberté supplémentaire vers les périodes plus faibles de forçage instationnaire. 11 est en effet avantageux de découpler les temps caractéristiques hydrodynamiques des temps caractéristiques de la solidification pour éviter les macroségrégations intermittentes. Preferably, the method comprises a variation of the frequency of the induction current flowing through an inductor. The inventors have found that it is advantageous to vary the frequency because the resulting change in field penetration allows the force gradient to be varied more effectively in the thickness and depth of the liquid well. On the other hand, the power electronics cause the frequency variation to be faster than the intensity variation; which gives an additional degree of freedom to the weaker periods of unsteady forcing. It is indeed advantageous to decouple the hydrodynamic characteristic times characteristic times of solidification to avoid intermittent macrosegregations.
Coulée avec brassage électromagnétique stationnaire plaquant Casting with stationary electromagnetic stirring
Les conditions de coulées correspondantes à la coulée avec brassage électromagnétique stationnaire plaquant sont décrites dans la demande FR 1761200. The casting conditions corresponding to the casting with stationary electromagnetic stirring are described in the application FR 1761200.
Les inventeurs ont constaté qu'on peut limiter l'apparition de macro-ségrégations intermittentes 11 en ajustant le brassage électromagnétique lorsque la force de Lorentz moyenne s'appliquant sur l'alliage liquide 1i s'écoulant au niveau du front 10, présente une certaine orientation, et cela dans une zone médiane du marais, s'étendant symétriquement de part et d'autre du plan médian M, entre T/2 - T/4 et T/2 + T/4. L'épaisseur de la zone médiane M correspond à la moitié de l'épaisseur du lingot. Par force de Lorentz moyenne, on entend une moyenne de la force de Lorentz durant une période P du champ magnétique. La période P du champ magnétique correspond à l'intervalle de temps séparant deux maxima ou minima successifs du champ magnétique, comme représenté sur la figure 4. La période P correspond à l'inverse de la fréquence /. Les inventeurs ont observé que dans la zone médiane, à l'interface du marais lf et de l'alliage solide 1 s, au niveau du front 10, l'angle b formé par la force de Lorentz moyenne F, par rapport à la verticale, doit être avantageusement inférieur à l'angle a du front, précédemment évoqué, correspondant à l'angle entre la tangente au front et la verticale, les angles a et b étant orientés dans le même sens. Autrement dit, il est avantageux que la direction de la force de Lorentz moyenne F soit plus proche de la verticale que la direction de la tangente au front. Ainsi, dans la zone médiane, à l'interface entre le marais et le front, la force de Lorentz moyenne F est orientée vers l'alliage solide ls, et non vers l'alliage liquide II. Cette condition est illustrée
sur la figure 11. Sur cette figure, on a représenté une coupe d'une coulée selon un plan XZ. La position du plan médian M correspond à l'épaisseur T/2. The inventors have found that it is possible to limit the appearance of intermittent macro-segregations 11 by adjusting the electromagnetic stirring when the average Lorentz force applying to the liquid alloy 1i flowing at the level of the front 10 has some degree of orientation, and this in a central zone of the marsh, extending symmetrically on either side of the median plane M, between T / 2 - T / 4 and T / 2 + T / 4. The thickness of the central zone M corresponds to half the thickness of the ingot. Average Lorentz force means an average of the Lorentz force during a period P of the magnetic field. The period P of the magnetic field corresponds to the time interval separating two successive maxima or minima of the magnetic field, as represented in FIG. 4. The period P corresponds to the inverse of the frequency /. The inventors have observed that in the median zone, at the interface of the marsh 1f and the solid alloy 1s, at the level of the front 10, the angle b formed by the average Lorentz force F, relative to the vertical , should be advantageously less than the angle a forehead, previously mentioned, corresponding to the angle between the tangent to the front and the vertical, the angles a and b being oriented in the same direction. In other words, it is advantageous that the direction of the average Lorentz force F is closer to the vertical than the direction of the tangent to the front. Thus, in the median zone, at the interface between the marsh and the front, the average Lorentz force F is oriented towards the solid alloy ls, and not towards the liquid alloy II. This condition is illustrated In this figure, there is shown a section of a casting in a plane XZ. The position of the median plane M corresponds to the thickness T / 2.
De manière préférée, l'angle d'inclinaison de la force de Lorentz moyenne est inférieur, d'au moins 4°, à l'angle d'inclinaison du front, de telle sorte que la force de Lorentz moyenne est plus inclinée, vers la verticale, que le front. Preferably, the angle of inclination of the average Lorentz force is at least 4 ° lower than the angle of inclination of the forehead, so that the average Lorentz force is more inclined towards the vertical, as the forehead.
De préférence, la fréquence est inférieure à 2 Hz ou inférieure à 1 Hz. De préférence, la vitesse de coulée est inférieure à 45 mm/minute ou à 40 mm/minute. Preferably, the frequency is less than 2 Hz or less than 1 Hz. Preferably, the casting speed is less than 45 mm / minute or 40 mm / minute.
Selon un mode de réalisation, la vitesse de coulée et la fréquence sont adaptées de telle sorte que dans la zone médiane du marais, dans une couche d'interface entre l'alliage liquide et le front, l'angle d'inclinaison de la force de Lorentz moyenne est strictement inférieur à l'angle d'inclinaison du front, la couche d'interface présentant une épaisseur, selon une direction perpendiculaire au front, est inférieure à 2cm ou à 1 cm ou à 5 mm. According to one embodiment, the casting speed and the frequency are adapted so that in the middle zone of the marsh, in an interface layer between the liquid alloy and the front, the angle of inclination of the force mean Lorentz is strictly less than the angle of inclination of the front, the interface layer having a thickness, in a direction perpendicular to the front, is less than 2cm or 1 cm or 5 mm.
Le procédé de coulée avec brassage électromagnétique stationnaire plaquant peut comporter, préalablement à la coulée, une modélisation de la force de Lorentz s'appliquant en au moins un point du front, de manière à définir, compte tenu de l'épaisseur de la lingotière, une valeur de fréquence et/ou une valeur de vitesse de coulée permettant l'obtention d'une force de Lorentz moyenne, dont l'angle d'inclinaison par rapport à la verticale, est inférieur à l'angle, au dit point, formé par le front par rapport à la verticale. De préférence, cette modélisation est effectuée en différents points, le long du front, selon l'axe transversal. La modélisation peut permettre de définir une valeur de fréquence et/ou une valeur de vitesse de coulée permettant l'obtention d'une force de Lorentz moyenne dont l'angle d'inclinaison, par rapport à la verticale, est inférieur de 4° à l'angle d'inclinaison formé par le front par rapport à la verticale. The plating stationary electromagnetic stirring casting process may comprise, prior to casting, a Lorentz force modeling application at at least one point of the front, so as to define, given the thickness of the mold, a frequency value and / or a casting speed value for obtaining an average Lorentz force, whose angle of inclination with respect to the vertical, is less than the angle, at said point, formed by the front in relation to the vertical. Preferably, this modeling is performed at different points along the front along the transverse axis. The modeling can make it possible to define a frequency value and / or a value of casting velocity making it possible to obtain an average Lorentz force whose angle of inclination, with respect to the vertical, is less than 4 ° to the angle of inclination formed by the front relative to the vertical.
L'effet de plaquage de l'alliage liquide 1 f contre le front 10 est obtenu à l'interface entre l'alliage liquide et le front 10. De préférence, cet effet est obtenu dans une couche, dite couche d'interface, adjacente au front, dont l'épaisseur est inférieure à 2 cm, ou à 1 cm ou à 5 mm. L'épaisseur est définie selon une direction perpendiculaire au front. C'est en effet dans une telle couche que l'alliage liquide, au contact de l'isotherme froide formée par le front, devient localement plus dense. Il se forme alors une couche limite convective le long du front, dans laquelle l'écoulement de l'alliage liquide est accéléré, et peut se détacher du front, conduisant à l'apparition de tourbillons. C'est principalement dans cette couche qu'il est nécessaire d'appliquer une force de Lorentz plaquant l'alliage liquide contre le front, afin de maintenir l'alliage liquide contre le front, de façon à limiter la formation de macro-ségrégations intermittentes. The plating effect of the liquid alloy 1 f against the front 10 is obtained at the interface between the liquid alloy and the front 10. Preferably, this effect is obtained in a layer, called the adjacent interface layer. on the forehead, whose thickness is less than 2 cm, or 1 cm or 5 mm. The thickness is defined in a direction perpendicular to the front. It is indeed in such a layer that the liquid alloy, in contact with the cold isotherm formed by the front, becomes locally denser. A convective boundary layer is then formed along the front, in which the flow of the liquid alloy is accelerated, and can detach from the front, leading to the appearance of vortices. It is mainly in this layer that it is necessary to apply a Lorentz force, plating the liquid alloy against the front, in order to maintain the liquid alloy against the front, so as to limit the formation of intermittent macro-segregations. .
Dans ces conditions particulières, la force de Lorentz F tend à plaquer l'alliage liquide 1 f du marais contre le front 10, ce qui limite la formation de macro-ségrégations intermittentes. La
force de Lorentz est dite plaquante. Elle permet la formation d'un flux laminaire convectif le long de tout ou partie du front 10, limitant l'apparition de macro-ségrégations intermittentes. Comme décrit par la suite, le phénomène de plaquage de l'alliage liquide par la force de Lorentz contre le front 10 est d'autant plus marqué que la vitesse de coulée V et la fréquence / sont faibles. In these particular conditions, the Lorentz force F tends to press the liquid alloy 1 f of the swamp against the front 10, which limits the formation of intermittent macro-segregations. The Lorentz's strength is called plating. It allows the formation of a convective laminar flow along all or part of the front 10, limiting the appearance of intermittent macro-segregations. As described below, the phenomenon of plating the liquid alloy by the Lorentz force against the front 10 is more marked than the casting speed V and the frequency / are low.
L'homme du métier sait modéliser l'orientation d'une force de Lorentz moyenne F, s'exerçant au cours d'une période, dans le marais. Des codes de calculs, par exemple le module AC/DC du code COMSOL, permettent une telle modélisation, en se basant notamment sur les caractéristiques des inducteurs (dimensions, nombre d'ampères-tours, pas polaire, positionnement par rapport à la lingotière), la géométrie de la lingotière et des paramètres opérationnels comme la vitesse de coulée ou la fréquence du champ magnétique. Les simulations permettent de modéliser le brassage électromagnétique de l'alliage liquide et d'estimer une évolution temporelle de la force de Lorentz F, en tout point du marais, durant une période. Par évolution, on entend aussi bien l'évolution de l'intensité que l'évolution de la direction. 11 est alors possible de déterminer l'orientation et l'intensité de la force de Lorentz moyenne s'appliquant en un point du marais, durant une période P du champ magnétique. The skilled person can model the orientation of an average Lorentz force F, exercising during a period, in the marsh. Calculation codes, for example the AC / DC module of the COMSOL code, allow such modeling, based notably on the characteristics of the inductors (dimensions, number of ampere-turns, polar pitch, positioning relative to the mold) , the geometry of the mold and operational parameters such as the casting speed or the frequency of the magnetic field. The simulations make it possible to model the electromagnetic stirring of the liquid alloy and to estimate a temporal evolution of the Lorentz F force, at any point of the marsh, during a period. By evolution, one understands as well the evolution of the intensity as the evolution of the direction. It is then possible to determine the orientation and the intensity of the average Lorentz force applying at a point of the marsh during a period P of the magnetic field.
Les figures 12A, 12B, 12C et 12D montrent l'orientation de la force moyenne de Lorentz, obtenue par simulation, en différents points d'un front 10. Sur ces figures, on a représenté une partie d'un front 10, selon un plan XZ, s'étendant entre le plan médian M (abscisse x = 0) et une paroi de la lingotière (abscisse x = 0,26). L'axe des abscisses représente une position selon l'axe transversal X et l'axe des ordonnées représente une position selon l'axe vertical Z. Les fréquences considérées sont respectivement égales à 5Hz (figure 12A), 1 Hz, 0.5 Hz et 0.2 Hz (figure 12D), la vitesse de coulée étant de 55 mm/min. On observe qu'en considérant une même position sur le front 10, plus la fréquence / est faible, plus l'angle b de la force de Lorentz moyenne temporelle F est faible. Ainsi, en une même position sur le front, la force de Lorentz moyenne temporelle F tend à s'incliner verticalement au fur et à mesure que la fréquence diminue. FIGS. 12A, 12B, 12C and 12D show the orientation of the average Lorentz force, obtained by simulation, at different points of a front 10. In these figures, a part of a front 10 is represented, according to a XZ plane, extending between the median plane M (abscissa x = 0) and a wall of the mold (abscissa x = 0.26). The abscissa axis represents a position along the transverse axis X and the ordinate axis represents a position along the vertical axis Z. The frequencies considered are respectively equal to 5 Hz (FIG. 12A), 1 Hz, 0.5 Hz and 0.2 Hz (FIG. 12D), the casting speed being 55 mm / min. It is observed that considering the same position on the front 10, the lower the frequency / is, the lower the angle b of the mean temporal Lorentz force F is low. Thus, in the same position on the front, the average temporal Lorentz force F tends to tilt vertically as the frequency decreases.
Par ailleurs, comme précédemment décrit la force de Lorentz est plaquante lorsque l'angle b de la force de Lorentz moyenne F est inférieur à l'angle a du front. On a représenté, sur chaque figure, une plage d'épaisseur Dc, s'étendant à partir du plan médian M, dans laquelle l'effet de force plaquante est obtenu. Cete plage de largeur est matérialisée par une double flèche. On observe que plus la fréquence diminue, plus la plage d'épaisseur Dc s'étend, à partir du plan médian M (x = 0), correspondant à l'épaisseur T/2, vers la paroi de la lingotière. L'effet technique de minimisation des macro-ségrégations intermittentes apparaît dans cette plage d'épaisseur Dc, et il est préférable qu'elle soit la plus large possible, en englobant de préférence la plage
d'épaisseur T/2,3 - T/3,3, cette dernière étant généralement propice à la formation de macro ségrégations intermittentes. Sur ces figures, la plage d'épaisseur T/2,3 - T/3,3 correspond à l'intervalle entre x = 0,03 m et 0,1 m. La coordonnée T/4 correspond à x = 0,13 m. Moreover, as previously described, the Lorentz force is plating when the angle b of the average Lorentz force F is less than the angle a of the front. In each figure, there is shown a thickness range Dc, extending from the median plane M, in which the plating force effect is obtained. This range of width is materialized by a double arrow. It is observed that as the frequency decreases, the thickness range Dc extends from the median plane M (x = 0), corresponding to the thickness T / 2, towards the wall of the mold. The technical effect of minimizing intermittent macro-segregations appears in this thickness range Dc, and it is preferable that it be as wide as possible, preferably including the range. thickness T / 2,3 - T / 3.3, the latter being generally conducive to the formation of intermittent macro segregations. In these figures, the thickness range T / 2.3 - T / 3.3 corresponds to the interval between x = 0.03 m and 0.1 m. The T / 4 coordinate corresponds to x = 0.13 m.
Les figures 12E, 12F, 12G et 12H montrent respectivement l'orientation moyenne de la force de Lorentz, obtenue par simulation, en différents points d'un front 10, les fréquences étant respectivement égales à 5Hz, 1 Hz, 0.5 Hz et 0.2 Hz. FIGS. 12E, 12F, 12G and 12H respectively show the mean orientation of the Lorentz force, obtained by simulation, at different points of a front 10, the frequencies being respectively equal to 5 Hz, 1 Hz, 0.5 Hz and 0.2 Hz .
Sur les figures 12A à 12H, on a représenté des forces dites normalisées, chaque force étant normalisée par son intensité, de façon à mieux faire apparaître l'évolution de l'orientation de la force moyenne temporelle de Lorentz sur le front 10, en fonction de la position le long du front. La comparaison des figures 12A à 12H montre que plus la fréquence est faible, plus la plage d'épaisseur Dc selon laquelle la force de Lorentz devient plaquante est importante. La plage d'épaisseur Dc s'étend à partir du plan médian M vers la paroi de la lingotière, selon l'axe transversal X. Elle s'élargit au fur et à mesure que la fréquence diminue. Par ailleurs, à une même fréquence, plus la vitesse de coulée est faible, plus la plage d'épaisseur selon laquelle la force de Lorentz est plaquante est importante. On a donc intérêt à privilégier à la fois une fréquence / faible, de préférence inférieure à 2 Hz, voire à 1 Hz, et une vitesse de coulée faible, de préférence inférieure à 45 mm/min, voire à 40 mm/min. FIGS. 12A to 12H show so-called normalized forces, each force being normalized by its intensity, so as to better show the evolution of the Lorentz average time force orientation on the front 10, depending on from the position along the front. The comparison of FIGS. 12A to 12H shows that the lower the frequency, the greater the thickness range Dc according to which the Lorentz force becomes plating. The thickness range Dc extends from the median plane M towards the wall of the mold, along the transverse axis X. It widens as the frequency decreases. Moreover, at the same frequency, the lower the casting speed, the greater the thickness range in which the Lorentz force is plating. It is therefore advantageous to favor both a frequency / low, preferably less than 2 Hz, or even 1 Hz, and a low casting speed, preferably less than 45 mm / min, or even 40 mm / min.
Sur la base de simulations telles qu'illustrées sur les figures 12A à 12H, les inventeurs ont déterminé une évolution, selon l'axe transversal X, d'un angle Q, dit angle différentiel, représentant une différence entre, en un même point, l'angle du front a et l'angle de la force de Lorentz b, soit q = a - b. On rappelle que les angles a et b sont orientés dans le même sens. Lorsque Q > 0, a > b : la force de Lorentz est davantage inclinée que la tangente au front. Elle est donc plaquante. On the basis of simulations as illustrated in FIGS. 12A to 12H, the inventors have determined an evolution, along the transverse axis X, of an angle Q, called the differential angle, representing a difference between, at the same point, the angle of the front a and the angle of the Lorentz force b, that is q = a - b. It is recalled that the angles a and b are oriented in the same direction. When Q> 0, a> b: the Lorentz force is more inclined than the tangent to the front. She is therefore plastering.
Les figures 13A et 13B montrent l'évolution de l'angle différentiel Q en fonction d'une position x sur le front 10, le long de l'axe transversal X. L'axe des abscisses représente la position x, exprimée en mètre, sur le front le long de l'axe transversal. De même que sur les figures 3A à 3H, la coordonnée x=0 correspond à la position T/2, la coordonnée x = 0.26 correspondant à la paroi 2p de la lingotière. Les figures 13A et 13B ont été obtenues en considérant respectivement une vitesse de coulée de 55 mm/min et de 35 mm/min. Sur chaque figure, les simulations de l'orientation de la force de Lorentz moyenne F ont été réalisées en considérant successivement plusieurs fréquences /, comprises entre 5 Hz et 0,2 Hz. Sur chaque figure, on a représenté, en traits horizontaux mixtes, des droites correspondant aux valeurs Q = 0° et Q = 4° lorsque la fréquence est égale à 1 Hz. La force de Lorentz est plaquante lorsque Q > 0, mais les inventeurs considèrent qu'il est avantageux que Q > 4°. On peut ainsi définir, sur chaque configuration, une
plage d'épaisseur, dans laquelle la force de Lorentz est plaquante, à partir du plan médian M (épaisseur T/2). FIGS. 13A and 13B show the evolution of the differential angle Q as a function of a position x on the front 10, along the transverse axis X. The abscissa represents the position x, expressed in meters, on the forehead along the transverse axis. As in FIGS. 3A to 3H, the coordinate x = 0 corresponds to the position T / 2, the coordinate x = 0.26 corresponding to the wall 2p of the mold. FIGS. 13A and 13B were obtained by considering respectively a casting speed of 55 mm / min and 35 mm / min. In each figure, the simulations of the orientation of the average Lorentz force F have been carried out by successively considering several frequencies /, between 5 Hz and 0.2 Hz. In each figure, there is shown, in mixed horizontal lines, lines corresponding to the values Q = 0 ° and Q = 4 ° when the frequency is equal to 1 Hz. The Lorentz force is plaquante when Q> 0, but the inventors consider that it is advantageous that Q> 4 °. It is thus possible to define, on each configuration, a thickness range, in which the Lorentz force is plating, from the median plane M (thickness T / 2).
On a représenté, sur les figures 13A et 13B, les plages d'épaisseur Dc (0 = 0°) et Dc (0 = 4°) pour / = 1 Hz. De façon similaire aux figures 12A à 12H, on observe que les plages d'épaisseurs sont d'autant plus importantes que la fréquence est faible et que la vitesse de coulée est faible. Les résultats optimaux sont obtenus pour f < 2 Hz, voire / < 1 Hz, et lorsque la vitesse de coulée est de 35 mm. Plus la fréquence est faible, plus l'intensité de la force de Lorentz s'appliquant sur l'alliage liquide limitrophe du front, dans la plage d'épaisseur T/2 - T/4, est importante. Cela renforce l'intensité de la force de Lorentz et augmente l'effet technique recherché. Autrement dit, pour obtenir une réduction significative des macro-ségrégations intermittentes, une orientation de la force de Lorentz telle que précédemment décrite est nécessaire. Toutefois, son intensité doit être suffisante pour obtenir un plaquage de l'alliage liquide lf contre le front 10. C'est pourquoi il est préférable de moduler le champ magnétique selon une fréquence / relativement faible. FIGS. 13A and 13B show thickness ranges Dc (0 = 0 °) and Dc (0 = 4 °) for / = 1 Hz. In a similar manner to FIGS. 12A to 12H, it is observed that the Thickness ranges are all the more important as the frequency is low and the casting speed is low. The optimal results are obtained for f <2 Hz, even / <1 Hz, and when the casting speed is 35 mm. The lower the frequency, the greater the intensity of the Lorentz force applied to the liquid alloy bordering the front, in the thickness range T / 2 - T / 4, is important. This reinforces the strength of the Lorentz force and increases the desired technical effect. In other words, to obtain a significant reduction in intermittent macro segregations, an orientation of the Lorentz force as previously described is necessary. However, its intensity must be sufficient to obtain a plating of the liquid alloy lf against the front 10. This is why it is preferable to modulate the magnetic field at a frequency / relatively low.
A l'aide de simulations prenant en compte différentes épaisseurs de coulée, les inventeurs ont établi un abaque, représenté sur la figure 14, permettant de définir une plage de fonctionnement pour laquelle la force de Lorentz est considérée comme suffisamment plaquante, c'est-à-dire lorsque l'angle différentiel Q est supérieur ou égal à 4°. L'axe des abscisses et des ordonnées de l'abaque correspond respectivement à la vitesse de coulée V et à l'épaisseur T du lingot. L'épaisseur étant déterminée, l'abaque permet de définir la vitesse de coulée et la fréquence maximale permettant de se placer dans les conditions de mise en œuvre de l'invention. With the aid of simulations taking into account different casting thicknesses, the inventors have established an abacus, shown in FIG. 14, making it possible to define an operating range for which the Lorentz force is considered sufficiently plating, that is, that is, when the differential angle Q is greater than or equal to 4 °. The axis of abscissa and ordinate of the abacus respectively corresponds to the casting speed V and the thickness T of the ingot. As the thickness is determined, the abacus makes it possible to define the casting speed and the maximum frequency making it possible to place oneself in the conditions of implementation of the invention.
Cet abaque dépend du nombre et des caractéristiques des inducteurs, de leur positionnement par rapport à la lingotière, des dimensions de cette dernière et des paramètres opérationnels de l'installation, en particulier relatifs au du champ magnétique appliqué. L'homme du métier, connaissant les caractéristiques de l'installation, peut procéder à des simulations visant à obtenir l'orientation de la force de Lorentz moyenne F en différents points le long du front 10, selon l'axe transversal X. 11 peut alors déterminer une plage de fréquence et une plage de vitesse de coulée pour lesquelles on obtient Q > 0°, ou avantageusement Q > 4°, de façon à mettre en œuvre l'invention et obtenir l'effet technique désiré, c'est-à-dire une limitation de la macro-ségrégation intermittente entre T/2 et T/4, et plus particulièrement entre T/2,3 et T/3,3. This chart depends on the number and characteristics of the inductors, their positioning relative to the mold, the dimensions of the latter and the operational parameters of the installation, in particular relating to the applied magnetic field. The person skilled in the art, knowing the characteristics of the installation, can carry out simulations aimed at obtaining the orientation of the average Lorentz force F at different points along the front 10, along the transverse axis X. then determining a frequency range and a range of casting speed for which Q> 0 °, or advantageously Q> 4 °, is obtained so as to implement the invention and obtain the desired technical effect, that is, that is, a limitation of the intermittent macro segregation between T / 2 and T / 4, and more particularly between T / 2.3 and T / 3.3.
Les inventeurs ont constaté qu’en utilisant un lingot d’épaisseur au moins supérieure à 400 mm, de préférence supérieure à 450 mm, de manière encore plus préférée supérieure à 500 mm, de manière encore plus préférée supérieure à 600 mm, lingot obtenu en utilisant le mode de coulée par brassage électromagnétique non stationnaire ou le mode de coulée par brassage
électromagnétique stationnaire plaquant tel que décrit, il était possible d’obtenir un produit plat d’épaisseur au moins supérieure à 12.5 mm, après un procédé de transformation comprenant une mise en solution à une température supérieure à 450°C, une trempe et un revenu ou une maturation. Ledit produit plat ainsi obtenu présente un compromis de propriétés avantageux quelle que soit la position dans l’épaisseur. The inventors have found that by using an ingot of thickness at least greater than 400 mm, preferably greater than 450 mm, even more preferably greater than 500 mm, even more preferably greater than 600 mm, ingot obtained in using the non-stationary electromagnetic stirring casting mode or the melt casting mode stationary electromagnetic electroplating as described, it was possible to obtain a flat product with a thickness of at least greater than 12.5 mm, after a conversion process comprising dissolution at a temperature above 450 ° C., quenching and tempering or a ripening. Said flat product thus obtained has a compromise of advantageous properties irrespective of the position in the thickness.
Optionnellement une opération de scalpage peut être effectuée pendant le procédé de transformation afin d’éliminer des défauts de surface rédhibitoire notamment si une opération de laminage est effectué subséquemment. Optionally a scalping operation can be performed during the transformation process to eliminate surface defects unacceptable especially if a rolling operation is performed subsequently.
La mise en solution est réalisée à une température supérieure à 450°C. De manière préférée, la température de mise en solution est inférieure à Tsoiidus , température de solidus de l’alliage d’aluminium afin d’éviter l’apparition de liquide. De manière préférée, la température de mise en solution est supérieure à Tsoivus - l0°C où Tsoivus est la température au-dessus de laquelle les phases potentiellement solubles (en général constituées uniquement d’éléments dont la teneur est au moins de 0.5%) sont dissoutes. De manière préférée, la température de mise en solution est comprise entre Tsoivus - 10°C et Tsoiidus. The dissolution is carried out at a temperature above 450 ° C. Preferably, the solution treatment temperature is less than T so iidus, solidus temperature of the aluminum alloy in order to avoid the appearance of liquid. Preferably, the solution treatment temperature is greater than T n IVUS - l0 ° C where T n IVUS is the temperature above which potentially soluble phases (generally consist only of elements whose content is at least 0.5%) are dissolved. Preferably, the solution annealing temperature is between T n IVUS - 10 ° C and T n iidus.
Le produit mis en solution est trempé. La trempe peut être faite à l’air ou à l’eau de manière horizontale par aspersion ou immersion. La trempe se caractérise par une vitesse de refroidissement exprimée en °C/s. Selon la composition du produit, il existe une vitesse critique de trempe en dessous de laquelle les propriétés finales du produit sont dégradées à cause d’une précipitation grossière pendant la trempe tendant à appauvrir la solution solide de l’alliage. De préférence la vitesse de trempe est supérieure à la vitesse critique de trempe du produit. Il est cependant possible que la vitesse de trempe puisse être inférieure à 0. l°C/s, de préférence inférieure à 0.05 °C/s. Ce type de vitesse de trempe est particulièrement adaptée pour des alliages 7XXX de type AA7021 ou AA7035. The solution product is quenched. The quenching can be done in air or water horizontally by spraying or immersion. Quenching is characterized by a cooling rate expressed in ° C / s. Depending on the composition of the product, there is a critical quenching rate below which the final properties of the product are degraded due to coarse precipitation during quenching tending to deplete the solid solution of the alloy. Preferably the quenching rate is higher than the critical quenching speed of the product. It is possible, however, that the quench rate may be less than 0. 1 ° C / sec, preferably less than 0.05 ° C / sec. This type of quenching speed is particularly suitable for 7XXX alloys of AA7021 or AA7035 type.
Le revenu correspond à un traitement thermique réalisé en un ou plusieurs paliers permettant d’obtenir les caractéristiques mécaniques correspondant à un revenu au pic du type T6 ou T8 ou un état sur-revenu de type T7. Le traitement thermique est de préférence réalisé à une température comprise typiquement entre l00°C et 200°C pendant une durée de lh à 70h. The income corresponds to a heat treatment carried out in one or more stages making it possible to obtain the mechanical characteristics corresponding to a peak income of type T6 or T8 or an over-income state of type T7. The heat treatment is preferably carried out at a temperature typically between 100 ° C and 200 ° C for a period of lh to 70h.
La maturation est obtenue à température ambiante sur produit trempé. Par maturation, on entend un état métallurgique T4 ou T3. The maturation is obtained at room temperature on quenched product. Maturation means a metallurgical state T4 or T3.
Produit plat faiblement corroyé Flat product weakly wrought
Les inventeurs ont constaté que dans le cas où le procédé de transformation ne comporte pas de déformation plastique supérieure à 5% d’une quelconque de ses dimensions, il était possible
d’obtenir une meilleure homogénéité de propriétés dans l’épaisseur, en particulier l’allongement et l’abatement de résistance par effet d’entaille. The inventors have found that in the case where the transformation process does not include plastic deformation greater than 5% of any of its dimensions, it was possible to obtain a better homogeneity of properties in the thickness, in particular the elongation and the reduction of resistance by notch effect.
Typiquement, le procédé de transformation ne comporte pas d’étape de laminage à chaud, ni de forgeage. Il peut toutefois comporter une étape de détensionnement par compression mais où la déformation plastique induite n’est pas supérieure à 5%. Typically, the transformation process does not include a hot rolling step or forging. It may, however, include a step of compressive stress relief but where the induced plastic deformation is not greater than 5%.
Les inventeurs ont constaté que l’amélioration de propriétés dans l’épaisseur est d’autant plus marquée que l’épaisseur du produit plat est supérieure à 500 mm, en encore plus préférablement supérieur à 600 mm. Ce résultat est attribué au fait que les macroségrégations intermittentes sont plus marquées quand l’épaisseur du produit coulé augmente. Dans le cas particulier où il y a une faible déformation plastique, les macroségrégations intermitentes obtenues après coulée sont sensiblement identiques à celles mesurées sur le produit plat. The inventors have found that the improvement in properties in the thickness is even more marked than the thickness of the flat product is greater than 500 mm, even more preferably greater than 600 mm. This result is attributed to the fact that the intermittent macrosegregations are more marked when the thickness of the cast product increases. In the particular case where there is a small plastic deformation, the intermittent macrosegregations obtained after casting are substantially identical to those measured on the flat product.
La microstructure granulaire du produit plat ne subissant pas de déformation plastique supérieure à 5% est sensiblement équiaxe. The granular microstructure of the flat product not undergoing plastic deformation greater than 5% is substantially equiaxed.
Si on nomme GT, GL, GS, la taille de grain respectivement dans le sens travers long, le sens long et sens travers court du produit plat à mi épaisseur, le rapport est inférieur à 1.5,
If we call G T , G L , G S , the grain size respectively in the long cross direction, the long direction and the short cross direction of the flat product at half thickness, the ratio is less than 1.5,
préférentiellement compris entre 0.5 et 1.3 et de manière encore plus préférée entre 0.8 et 1.2. La taille de grain GT, GL, GS est déterminée selon la méthode des interceptes de la norme (ASTM El 12-12 §16.3). La taille de grain GL peut être déterminée dans le plan longitudinal L/TC et correspond à la notation £ g (o°) de l’ASTM El 12-12 à la Figure 7. La taille de grain GT peut être déterminée dans le plan longitudinal TL/TC et correspond à la notation t t(0°) de ASTM El 12-12 à la Figure 7. La taille de grain Gs peut être déterminée dans le plan longitudinal L/TC et correspond à la notation i g (90 ) de l’ASTM El 12-12 à la Figure 7. preferably between 0.5 and 1.3 and even more preferably between 0.8 and 1.2. The grain size G T , G L , G S is determined according to the intercepts method of the standard (ASTM El 12-12 §16.3). The grain size G L can be determined in the longitudinal plane L / TC and corresponds to the notation g ( o ° ) of ASTM El 12-12 in Figure 7. The grain size G T can be determined in the longitudinal plane TL / TC and corresponds to the notation t t (0 ° ) of ASTM El 12-12 in Figure 7. The grain size Gs can be determined in the longitudinal plane L / TC and corresponds to the notation ig ( 90 ) of ASTM El 12-12 in Figure 7.
Pour déterminer la taille de grain, il est possible de réaliser des mesures en métallographie optique à mi épaisseur après attaque Barker. To determine the grain size, it is possible to perform mid-thickness optical metallography measurements after Barker attack.
IL est avantageux selon l’invention d’utiliser pour ce type de produit plat une vitesse de trempe inférieure à 0.l°C/s. Cette gamme de vitesse de trempe est particulièrement adaptées aux alliages d’aluminium du type AA7021 ou AA7035 selon les normes de l’aluminium Association.
Les inventeurs ont constaté qu’un produit plat en alliage d’aluminium trempé à une vitesse inférieure à 0. l°C/s, typiquement un alliage du type AA7035 ou AA7021 obtenu selon le procédé de coulée et le procédé de transformation de l’invention présente une différence d’allongement entre la surface et la mi épaisseur inférieure à 3% , de préférence inférieure à 2.5 %, encore plus préférentiellement inférieure à 2%. It is advantageous according to the invention to use for this type of flat product a quenching speed of less than 0.degree. This quenching speed range is particularly suited to aluminum alloys of the AA7021 or AA7035 type according to the standards of the Aluminum Association. The inventors have found that an aluminum alloy flat product hardened at a speed below 0.degree. C./s, typically an AA7035 or AA7021 type alloy obtained by the casting process and the process for converting it. The invention has a difference in elongation between the surface and the thickness of less than 3%, preferably less than 2.5%, more preferably less than 2%.
La mesure d’allongement est réalisée dans le sens TL. Le prélèvement en surface est réalisé dans un plan situé entre 4 et 80 mm par rapport à la surface du produit plat, typiquement entre T/200 et T/10, de préférence entre T/l 50 et T/80. The elongation measurement is carried out in the TL direction. The surface sampling is carried out in a plane situated between 4 and 80 mm with respect to the surface of the flat product, typically between T / 200 and T / 10, preferably between T / 150 and T / 80.
Si on normalise cette différence par rapport à la valeur d’allongement à mi épaisseur, on obtient un écart dit d’allongement. Les inventeurs ont constaté que l’écart d’allongement dans ce produit plat est inférieur à 80%, de préférence inférieur à 70%. If this difference is normalized with respect to the elongation value at half thickness, a so-called elongation gap is obtained. The inventors have found that the elongation difference in this flat product is less than 80%, preferably less than 70%.
L’allongement est mesuré selon la norme NF EN ISO 6892-1 (2016) dans le sens TL du produit plat. The elongation is measured according to standard NF EN ISO 6892-1 (2016) in the TL direction of the flat product.
Un produit plat en alliage d’aluminium trempé à une vitesse inférieure à 0.l °C/s, typiquement un alliage du type AA7035 ou AA7021 obtenu selon le procédé de coulée et le procédé de transformation de l’invention présente entre la mi épaisseur et quart épaisseur un écart inférieur à 50%, de préférence inférieur à 25% sur l’abattement de résistance par effet d’entaille. A flat aluminum alloy product hardened at a speed below 0.1 ° C./s, typically an alloy of the AA7035 or AA7021 type obtained according to the casting process and the conversion process of the invention present between half thickness and quarter thickness a difference less than 50%, preferably less than 25% on the reduction of resistance by notch effect.
L’abattement de résistance par effet d’entaille est évaluée à l’aide de l’essai normalisé E 602- 03 de l’Aluminium Association. Il consiste à mesurer la contrainte maximale du produit selon une direction définie obtenue sur une éprouvette cylindrique entaillée. L’abattement de résistance par effet d’entaille est défini par le rapport entre la contrainte maximale mesurée et la valeur de R0.2 mesurée dans le même sens sur une éprouvette non entaillée selon la norme E8 et B557. Ce rapport est aussi appelé « Notch Strength Ratio » ou « NSR ». The notch resistance allowance is evaluated using the Aluminum Association Standard Test E 602-03. It consists of measuring the maximum stress of the product in a defined direction obtained on a notched cylindrical specimen. The cut resistance is defined by the ratio of the measured maximum stress to the R0.2 value measured in the same direction on a non-notched specimen according to E8 and B557. This report is also called "Notch Strength Ratio" or "NSR".
Par ailleurs, les inventeurs ont constaté que le produit plat ainsi obtenu présentait une excellente aptitude à l’anodisation en ce sens que du fait des macroségrégations intermittentes peu marquées ou absentes, le produit anodisé présentait un aspect visuel homogène : la couche anodique ne présente pas de différences de couleurs ou de reflets associées à des différences de composition. De manière préférée, le produit plat est usiné puis anodisé pour être utilisé en tant que pièces de moules à injection ou d’éléments de chambre à vide. Furthermore, the inventors have found that the flat product thus obtained has an excellent aptitude for anodization in the sense that because of the intermittent macrosegregations little marked or absent, the anodized product had a homogeneous visual appearance: the anodic layer does not present differences in color or reflections associated with compositional differences. Preferably, the flat product is machined and then anodized for use as injection mold parts or vacuum chamber elements.
Produit plat corroyé Wrought flat product
Les inventeurs ont constaté qu’un produit plat en alliage d’aluminium issu d’un lingot obtenu par une coulée avec brassage électromagnétique non stationnaire ou par une coulée avec
brassage stationnaire plaquant, telles que décrites précédemment, présentait des propriétés améliorées dans l’épaisseur s’il était corroyé avec un taux de réduction supérieur à 2, préférentiellement compris entre 3 et 10, encore plus préférentiellement entre 5 et 7. Cette étape de corroyage est préférentiellement obtenue par laminage à chaud. The inventors have found that a flat product made of aluminum alloy obtained from an ingot obtained by a casting with non-stationary electromagnetic stirring or by casting with Plating stationary stirring, as described above, had improved properties in the thickness if it was wrought with a reduction rate greater than 2, preferably between 3 and 10, even more preferably between 5 and 7. This wrought step is preferably obtained by hot rolling.
De préférence un scalpage du lingot est effectué. Le scalpage consiste à usiner la surface du lingot coulé et enlever une certaine épaisseur de matière, typiquement entre 20 mm et 100 mm, de préférence une épaisseur inférieure à 50 mm. Preferably a scalping of the ingot is performed. Scalping involves machining the surface of the cast ingot and removing a certain thickness of material, typically between 20 mm and 100 mm, preferably less than 50 mm thick.
Le taux de réduction R est défini par le rapport entre l’épaisseur du lingot obtenue par le procédé de coulée et l’épaisseur du produit plat final obtenu après corroyage ou si une opération de scalpage est effectuée avant corroyage, le rapport entre l’épaisseur obtenue après scalpage et l’épaisseur du produit plat final obtenu après corroyage. The reduction ratio R is defined by the ratio between the thickness of the ingot obtained by the casting process and the thickness of the final flat product obtained after wrought or if a scalping operation is performed before wrought, the ratio between the thickness obtained after scalping and the thickness of the final flat product obtained after wrought.
De préférence, l’épaisseur du produit plat en alliage d’aluminium est comprise entre 40 et 200 mm, préférentiellement entre 70 et 120 mm. Preferably, the thickness of the aluminum alloy flat product is between 40 and 200 mm, preferably between 70 and 120 mm.
Il est intéressant de caractériser un critère d’intensité spectrale (z). Celui ci est inférieur à 0.01, de préférence inférieur à 0.007 et de manière préférée inférieur à 0.005, ledit critère d’intensité spectrale étant calculé en : It is interesting to characterize a spectral intensity criterion (z). This is less than 0.01, preferably less than 0.007 and preferably less than 0.005, said spectral intensity criterion being calculated in:
Déterminant une amplitude maximale d’une transformée de Fourier d’un profil représentatif d’une macroségrégation intermittente d’un élément dont la teneur en poids est supérieure à 0.5% ou la somme de plusieurs éléments de l’alliage dont la teneur individuelle est supérieure à 0.5%, le profil étant établi selon ladite direction TC, ladite amplitude maximale étant déterminée dans une plage de périodes spatiales comprise entre 8/R et 25/R mm, Determining a maximum amplitude of a Fourier transform of a profile representative of an intermittent macrosegregation of an element whose weight content is greater than 0.5% or the sum of several elements of the alloy whose individual content is greater at 0.5%, the profile being established in said direction TC, said maximum amplitude being determined in a range of spatial periods between 8 / R and 25 / R mm,
normalisant ladite amplitude maximale par une concentration nominale C0 dudit élément ou par la somme des concentrations nominales des différents éléments considérés. normalizing said maximum amplitude by a nominal concentration C0 of said element or by the sum of the nominal concentrations of the different elements considered.
De manière préférée, le produit plat présente une microstructure essentiellement non recristallisée et telle que le rapport soit supérieur à 2, préférentiellement compris
Preferably, the flat product has a substantially non-recrystallized microstructure and such that the ratio is greater than 2, preferably comprised
entre 3 et 10, encore plus préférentiellement entre 4 et 7 où GT, GL, GS, correspondent respectivement à la taille de grains non recristallisés dans le sens travers long, le sens long et le sens travers court du produit plat.
La mesure de taille de grain est faite selon la méthode des interceptes de la norme (ASTM El 12-12 § 16.3) between 3 and 10, more preferably between 4 and 7 where GT, GL, GS respectively correspond to the size of non-recrystallized grains in the long cross direction, the long direction and the short cross direction of the flat product. The grain size measurement is made according to the intercepts method of the standard (ASTM El 12-12 § 16.3)
Il est possible de distinguer les grains non recristallisées par une attaque métallographie, par exemple par attaque chromique. It is possible to distinguish the non-recrystallized grains by a metallographic attack, for example by chromic attack.
Il est avantageux que le produit plat en alliage d’aluminium corresponde à un alliage de type aéronautique de la série 7XXX ou 2XXX ou 6XXX. It is advantageous for the flat aluminum alloy product to correspond to an aerospace type alloy of the 7XXX or 2XXX or 6XXX series.
Les alliages de type aéronautique peuvent être au sein de la famille 7xxx, les nuances 7010, 7040, 7050, 7150, 7250, 7055, 7056, 7068, 7049, 7140, 7149, 7249, 7349, 7449, 7050, 7055, 7056, 7060, 7160, 7075, 7175 et 7475 tels que définis par l’Aluminum Association. The aeronautical type alloys can be within the 7xxx family, the grades 7010, 7040, 7050, 7150, 7250, 7055, 7056, 7068, 7049, 7140, 7149, 7249, 7349, 7449, 7050, 7055, 7056, 7060, 7160, 7075, 7175 and 7475 as defined by the Aluminum Association.
Pour les alliages de type aéronautique au sein de la famille 2XXX, il est avantageux de distinguer les alliages contenant du lithium et/ou de l’argent, des alliages n’en contenant pas au- delà du niveau d’impureté, typiquement 0,05% en poids. Les nuances d’alliages de type aéronautique de la famille 2XXX ne contenant pas de lithium et/ou d’argent qui conviennent sont notamment le 2014, 2022, 2023, 2024, 2026, 2027, 2056, 2224, 2324 et 2524 tels que définis par l’Aluminum Association. Les alliages de type aéronautique de la famille 2XXX contenant du lithium et/ou de l’argent qui conviennent peuvent être le 2050, 2055, 2060, 2065, 2070, 2076, 2090, 2091, 2094, 2095, 2196, 2296, 2097, 2197, 2297, 2397, 2098, 2198, 2099, 2199, 2029, 2039, 2139, , 2297 et 2397, tels que définis par l’Aluminum Association. For aeronautical type alloys within the 2XXX family, it is advantageous to distinguish alloys containing lithium and / or silver, alloys not containing them above the impurity level, typically 0, 05% by weight. The aerospace-grade alloy grades of the 2XXX family containing no suitable lithium and / or silver are, for example, 2014, 2022, 2023, 2024, 2026, 2027, 2056, 2224, 2324 and 2524 as defined. by the Aluminum Association. Suitable aerospace alloys of the 2XXX family containing lithium and / or silver may be 2050, 2055, 2060, 2065, 2070, 2076, 2090, 2091, 2094, 2095, 2196, 2296, 2097, 2197, 2297, 2397, 2098, 2198, 2099, 2199, 2029, 2039, 2139, 2297 and 2397, as defined by the Aluminum Association.
Les alliages d’aluminium de type aéronautique de la famille 6XXX peuvent être le 6056, 6156, 6061, 6111, tels que définis par l’Aluminum Association. The aerospace type aluminum alloys of the 6XXX family can be 6056, 6156, 6061, 6111, as defined by the Aluminum Association.
De manière préférée, l’alliage d’aluminium présente un écart de température entre la température de solidus et la température de solvus inférieur à 60 °C , préférentiellement inférieur à 40°C. Preferably, the aluminum alloy has a temperature difference between the solidus temperature and the solvus temperature below 60 ° C, preferably below 40 ° C.
Pour ce type d’alliage d’aluminium présentant un faible écart de température entre la température de solvus et de solidus, les inventeurs ont montré qu’il était possible d’obtenir un compromis optimisé entre la ténacité, la limite d’élasticité et l’allongement à rupture. En particulier, pour un alliage de type AA7050 d’épaisseur comprise entre 70 mm et 120 mm, la ténacité définie selon la norme E399-12 mesurée à mi épaisseur dans le sens L-T est supérieur à 40 MPa.m1 2, la limite d’élasticité mesurée dans le sens longitudinal (L) est supérieure à 470 MPa et l’allongement à rupture mesuré dans le sens travers court (TC) est supérieur à 6% , préférentiellement supérieur à 7%. For this type of aluminum alloy having a small temperature difference between the solvus and solidus temperature, the inventors have shown that it is possible to obtain an optimized compromise between the tenacity, the yield strength and the elongation at break. In particular, for an AA7050 type alloy with a thickness of between 70 mm and 120 mm, the tenacity defined according to the E399-12 standard measured at mid thickness in the LT direction is greater than 40 MPa.m 1 2 , the limit of Elasticity measured in the longitudinal direction (L) is greater than 470 MPa and the break elongation measured in the short cross direction (TC) is greater than 6%, preferably greater than 7%.
Les produits selon l’invention peuvent de manière avantageuse être utilisées pour réaliser des éléments de structure, de préférence des éléments de structure d’avion. Des éléments de structure d’avion préférés sont les longerons, nervures ou cadres de fuselage. L’invention est particulièrement avantageuse pour des pièces de forme complexe obtenues par usinage intégral,
utilisées en particulier pour la fabrication d’ailes d’avion ainsi que pour n’importe quel autre usage pour lequel les propriétés des produits selon l’invention sont avantageuses. The products according to the invention can advantageously be used to produce structural elements, preferably aircraft structural elements. Preferred aircraft structural elements are spars, ribs, or fuselage frames. The invention is particularly advantageous for parts of complex shape obtained by integral machining, used in particular for the manufacture of aircraft wings and for any other use for which the properties of the products according to the invention are advantageous.
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, de 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 frarnes), 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 aircraft, these structural elements include the elements that make up the fuselage (such as fuselage skin (fuselage skin in English), stiffeners or stringers, bulkheads, fuselage (circumferential frarnes), wings (such as wing skin), stiffeners (stringers or stiffeners), ribs (ribs) and spars) and empennage including horizontal stabilizers and vertical stabilizers horizontal or vertical stabilizers, as well as floor beams, seat tracks and doors.
Les inventeurs ont par ailleurs constaté que le produit plat présentait une excellente aptitude à l’anodisation en ce sens que du fait des macroségrégations intermittentes peu marquées ou absentes, le produit anodisé présentait un aspect visuel homogène : la couche anodique ne présente pas de différences de couleurs ou de reflets associées à des différences de composition.
The inventors have furthermore found that the flat product has an excellent aptitude for anodization in the sense that, because of the intermittent macrosegregations which are scarcely marked or absent, the anodized product has a homogeneous visual appearance: the anodic layer does not exhibit differences in colors or reflections associated with compositional differences.
Exemples Examples
Exemple 1 - produit plat faiblement corroyé Example 1 - flat product weakly wrought
On a coulé un lingot d’un alliage AA7035 de section 1520 x 625 mm dont la composition A est indiquée dans le Tableau 1 le ci-dessous. An ingot of an AA7035 alloy of section 1520 x 625 mm was cast whose composition A is shown in Table 1 below.
Tableau 1 Table 1
Ce lingot a été obtenu à l’aide d’un brassage électromagnétique non stationnaire. This ingot was obtained using a non-stationary electromagnetic stirring.
La vitesse de coulée s’élevait à 45 mm/min. The casting speed was 45 mm / min.
Le brassage électromagnétique a été obtenu par la mise en place, en regard de chaque face du lingot, de trois bobines orientées selon Taxe z et parcourues par un courant alternatif qui était déphasé, dans la bobine centrale, de 90° par rapport au courant dans les bobines extrêmes. La longueur d’onde du champ glissant était donc de 2.4 m. Les éléments de pompe électromagnétique ainsi obtenus étaient disposés en miroir par rapport au grand plan de symétrie du lingot, la direction de glissement étant parallèle à la direction travers-long, les glissements générés divergeant depuis la mi- largeur du lingot. Le forçage non stationnaire a été obtenu par l’imposition d’une variation cyclique du courant électrique alternatif qui parcourait les bobines, tel qu’illustré par la double flèche dans le diagramme fréquence vs intensité de la figure 8. L’intensité de la force volumique maximale de Lorentz ainsi générée par la variation de la fréquence variait typiquement entre 290 N/m3 et 420 N/m3 sur une période de 7 min ce qui correspond à une vitesse de variation d’environ 0.30 N/m3/s. Le lingot ainsi obtenu a été ensuite ébouté pour obtenir une dimension finale deThe electromagnetic stirring was obtained by placing, facing each face of the ingot, three coils oriented along the axis z and traversed by an alternating current which was out of phase, in the central coil, by 90 ° with respect to the current in the extreme coils. The wavelength of the sliding field was therefore 2.4 m. The electromagnetic pump elements thus obtained were arranged in a mirror with respect to the large plane of symmetry of the ingot, the direction of sliding being parallel to the cross-long direction, the generated slips diverging from the mid-width of the ingot. The nonstationary forcing was obtained by imposing a cyclic variation of the alternating electric current that ran through the coils, as illustrated by the double arrow in the frequency vs intensity diagram of Figure 8. The strength of the force The maximum Lorentz volumic volume thus generated by the variation of the frequency typically varied between 290 N / m 3 and 420 N / m 3 over a period of 7 min, which corresponds to a rate of variation of approximately 0.30 N / m 3 / s. . The ingot thus obtained was then trimmed to obtain a final dimension of
1520x625x2300 mm Puis il a subi une mise en solution de 465°C (8h)+540°C(lh), trempé à l’air et ensuite revenu pendant lOh à l05°C suivi d’un palier de 4h à l60°C. 1520x625x2300 mm Then it was dissolved at 465 ° C (8h) + 540 ° C (lh), quenched in air and then returned for 10 h at 105 ° C followed by a step of 4h at 160 ° C .
Le produit ainsi transformé a ensuite été caractérisé dans l’épaisseur, la limite d’élasticité Rp0.2, la résistance à rupture Rm et l’allongement A% tel que défini selon la norme NF EN 1SO 6892- 1 (2016), le prélèvement et le sens de l’essai étant définis par la norme EN 485 (2016). The product thus transformed was then characterized in the thickness, the yield strength Rp0.2, the breaking strength Rm and the elongation A% as defined according to the standard NF EN 1SO 6892-1 (2016), the sampling and the meaning of the test being defined by EN 485 (2016).
fis ont été testés dans le sens travers long de la plaque (TL) en surface, T/8, T/4 et T/2. They were tested in the long cross-sectional area (TL), T / 8, T / 4 and T / 2.
Le prélèvement en surface est réalisé telle sorte à avoir Taxe de l’éprouvette dans un plan situé à 5 mm de la surface. Par ailleurs, ces mêmes propriétés ont aussi été évaluées dans le sens
travers court (TC), l’éprouvette de traction ayant sa partie utile centrée à T/2. Les résultats sont présentés dans le Tableau 2. The surface sampling is carried out so as to have the specimen tax in a plane located 5 mm from the surface. Moreover, these same properties have also been evaluated in the sense short traverse (TC), the traction test piece having its useful part centered at T / 2. The results are shown in Table 2.
Tableau 2 Table 2
Les résultats expérimentaux obtenus par la caractérisation de cette coulée sont comparés à ceux associés à la production conventionnelle du même type d’alliage AA7035 produit, dont la composition B est indiquée dans le Tableau 1. Ces résultats sont présentés dans le Tableau 3 ci- dessous. La production conventionnelle se distingue de l’invention par le seul fait que la coulée se fait sans brassage électromagnétique. Les autres paramètres en particulier le format du lingot et son épaisseur, les paramètres de transformation sont les mêmes. The experimental results obtained by the characterization of this casting are compared with those associated with the conventional production of the same type of alloy AA7035 produced, whose composition B is indicated in Table 1. These results are presented in Table 3 below. . Conventional production differs from the invention by the simple fact that the casting is done without electromagnetic stirring. The other parameters in particular the ingot format and its thickness, the transformation parameters are the same.
Tableau 3 Table 3
Les propriétés mécaniques statiques telles que Rpo.2 et Rm obtenues avec le brassage électromagnétique sont toutes supérieures aux valeurs moyennes de la production conventionnelle de l’alliage AA7035. The static mechanical properties such as R p o.2 and R m obtained with the electromagnetic stirring are all higher than the average values of the conventional production of AA7035 alloy.
Mais l’avantage du procédé de brassage électromagnétique est particulièrement prononcé pour la valeur d’allongement. En effet, avec le procédé selon l’invention, les valeurs d’allongement à mi épaisseur sont 1.5 fois plus grandes que dans le cas non brassé, conventionnel. But the advantage of the electromagnetic stirring process is particularly pronounced for the elongation value. Indeed, with the process according to the invention, the elongation values at half thickness are 1.5 times greater than in the non-stirred case, conventional.
On observe que le produit selon l’invention présente un écart d’allongement entre la surface et la mi épaisseur de 1.9% contre 4.9 % sur le produit conventionnel. Cette différence correspond à un écart d’allongement entre la surface et la mi épaisseur de 68% pour le produit selon l’invention contre près de 233% pour le produit conventionnel. It is observed that the product according to the invention has an elongation gap between the surface and the middle thickness of 1.9% against 4.9% on the conventional product. This difference corresponds to a difference in elongation between the surface and the middle thickness of 68% for the product according to the invention against nearly 233% for the conventional product.
L’abattement de résistance par effet d’entaille ou « NSR » est évaluée à l’aide de l’essai normalisé E 602-03 de l’Aluminium Association. Les valeurs mesurées sur le produit selon l’invention sont présentées dans le Tableau 1.
Les valeurs mesurées sont comprises entre 0.9 et 1.1. Elles se trouvent être aussi supérieures aux valeurs obtenues sur le produit obtenu selon le procédé conventionnel qui est usuellement compris entre 0.5 et 0.8. Exemple 2 - Référence The Notch Resistance Rating or "NSR" is evaluated using the Aluminum Association Standard Test E 602-03. The values measured on the product according to the invention are presented in Table 1. The measured values are between 0.9 and 1.1. They are also higher than the values obtained on the product obtained according to the conventional process which is usually between 0.5 and 0.8. Example 2 - Reference
Cet exemple a pour objet d’être une référence. Il a pour objet d’illustrer les propriétés obtenues sur un produit plat corroyé obtenu à partir d’un lingot de section 1700 x 377 mm selon un procédé de coulée conventionnelle sans brassage électromagnétique. This example is intended to be a reference. It aims to illustrate the properties obtained on a wrought flat product obtained from an ingot section 1700 x 377 mm according to a conventional casting process without electromagnetic stirring.
Le Tableau 4 indique la composition C de l’alliage AA7050 coulé en coulée verticale selon un procédé de coulée conventionnelle sans brassage électromagnétique. Table 4 shows composition C of AA7050 cast in vertical casting according to a conventional casting process without electromagnetic stirring.
La vitesse de coulée était de 45mm/min. The casting speed was 45mm / min.
Le lingot ainsi obtenu subit une homogénéisation de 30 heures à 482± 2°C, suivi d’une opération de scalpage. Le lingot présente alors une section avant corroyage de 1700 x 337 mm. The ingot thus obtained undergoes homogenization for 30 hours at 482 ± 2 ° C., followed by a scalping operation. The ingot then has a front section of 1700 x 337 mm.
Le lingot est laminé longitudinalement avec une température de réchauffage comprise entre 395 et 430°C pour atteindre une épaisseur finale de 80 mm. Le taux de réduction est de 4.2. The ingot is rolled longitudinally with a reheating temperature between 395 and 430 ° C to reach a final thickness of 80 mm. The reduction rate is 4.2.
En fin de laminage, on procède à des opérations d’éboutage et de rivage afin d’atteindre une largeur finale de 1355 mm et une longueur de 2990 mm. Une mise en solution de 2.5 heures à 479± 2°C a été réalisée. Une traction axiale de 2.3% a été appliquée, suivi par un revenu avec un premier palier de 4h à l22°C et un deuxième palier de l7h à l65°C. At the end of rolling, we proceed to trim and shore operations to reach a final width of 1355 mm and a length of 2990 mm. A dissolution of 2.5 hours at 479 ± 2 ° C was performed. An axial traction of 2.3% was applied, followed by an income with a first step of 4 hours at 222 ° C. and a second step of 17 hours at 165 ° C.
Les caractérisations mécaniques (traction et ténacité) ont été évaluées à mi épaisseur. Mechanical characterizations (traction and toughness) were evaluated at mid thickness.
Des éprouvettes du type CT-40 ont été prélevées à mi- épaisseur afin d’évaluer la ténacité selon les plans L-T et T-L et S-L. Pour ce qui concerne l’évaluation des caractéristiques de traction dans le plan travers-court, des éprouvettes du type 4d avec un diamètre de 6 mm et longueur utile 27 mm ont été prélevées. Specimens of the CT-40 type were taken at mid-thickness to evaluate the tenacity along the L-T and T-L and S-L planes. With regard to the evaluation of the tensile characteristics in the cross-court plane, specimens of the type 4d with a diameter of 6 mm and a useful length of 27 mm were taken.
Les résultats sont présentés dans le Tableau 5.
Tableau 5 The results are shown in Table 5. Table 5
Le produit plat en alliage AA7050 selon un procédé de coulée conventionnel, à partir d’un lingot d’épaisseur 377 mm et ayant subi un taux de réduction de 4.2 présente une limite d’élasticité dans le sens L de 474 MPa, une ténacité T-L de 36.2 MPa.m1 2 et un allongement travers court de 7.5%. The AA7050 alloy flat product according to a conventional casting process, from an ingot of thickness 377 mm and having undergone a reduction rate of 4.2 has an L yield strength of 474 MPa, a TL toughness of 36.2 MPa.m 1 2 and a short through elongation of 7.5%.
Exemple 3 - Produit plat corroyé Example 3 - Wrought Flat Product
Dans cet exemple, on a réalisé une coulée d’alliage AA7050 dont la composition D est indiquée dans le Tableau 6. Un lingot de section 1650x525mm a ainsi été obtenu. L’affinage du grain est effectué à l’aide d’un fil affinant A1TÎC3 :0.15 avec un taux d’ajout de l .5kg/tonne. La vitesse de coulée était de 45 mm/min. In this example, a casting of alloy AA7050 was made, the composition D of which is indicated in Table 6. An ingot with a section of 1650x525mm was thus obtained. The grain is refined using a refining yarn A1TiC3: 0.15 with an addition rate of 1.5 kg / ton. The casting speed was 45 mm / min.
Tableau 6
En début de coulée, aucun brassage électromagnétique n’est mis en place. Puis après avoir solidifié une longueur d’environ 2 m, le brassage électromagnétique est activé. Table 6 At the beginning of the casting, no electromagnetic stirring is put in place. Then after solidifying a length of about 2 m, the electromagnetic stirring is activated.
Par cette méthodologie, il est possible de comparer les propriétés obtenues avec et sans brassage. By this methodology, it is possible to compare the properties obtained with and without mixing.
Le brassage électromagnétique correspond à un brassage électromagnétique non stationnaire. Le brassage électromagnétique non stationnaire a été obtenu par la mise en place, en regard de chaque face du lingot, de trois bobines orientées selon l’axe z et parcourues par un courant alternatif qui était déphasé, dans la bobine centrale, de 90° par rapport au courant dans les bobines extrêmes. La longueur d’onde du champ glissant était donc de 2,4m. Les éléments de pompe électromagnétique ainsi obtenus étaient disposés en miroir par rapport au grand plan de
symétrie du lingot, la direction de glissement étant parallèle à la direction travers-long, les glissements générés divergeant depuis la mi- largeur du lingot. Le forçage instationnaire a été obtenu par l’imposition d’une variation cyclique de la fréquence du courant électrique alternatif qui parcourait les bobines, tel qu’illustré par la double flèche dans le diagramme fréquence vs intensité présenté à la figure 9. L’intensité de la force volumique maximale de Lorentz ainsi générée par la variation de la fréquence variait typiquement entre 210 N/m3 et 275 N/m3 sur une période de 1.33 min ce qui correspond à une vitesse de variation d’environ 0.81 N/m3/s. On notera que la courbe limite de stabilité est différente de celle présentée dans l’exemple 1 en raison à la fois de l’épaisseur de coulée différente et de la présence d’un cadre flottant qui contribue à inhiber certains modes résonants de la surface libre. Electromagnetic stirring is a non-stationary electromagnetic stirring. The non-stationary electromagnetic stirring was obtained by placing, facing each face of the ingot, three coils oriented along the z axis and traversed by an alternating current which was out of phase, in the central coil, by 90 ° by relative to the current in the extreme coils. The wavelength of the sliding field was 2.4m. The electromagnetic pump elements thus obtained were arranged in a mirror with respect to the large plane of symmetry of the ingot, the sliding direction being parallel to the cross-long direction, the generated slips diverging from the mid-width of the ingot. The unsteady forcing was obtained by imposing a cyclic variation of the frequency of the alternating electric current flowing through the coils, as illustrated by the double arrow in the frequency vs intensity diagram presented in FIG. the Lorentz maximum volume force thus generated by the variation of the frequency typically varied between 210 N / m 3 and 275 N / m 3 over a period of 1.33 min, which corresponds to a variation speed of approximately 0.81 N / m 3 / s. It will be noted that the stability limit curve is different from that presented in Example 1 because of both the different casting thickness and the presence of a floating frame which contributes to inhibiting certain resonant modes of the free surface. .
Suite à un traitement de détente de 1 Oh à 350°C, le lingot ainsi obtenu a été ensuite ébouté pour obtenir une dimension de 1150x2240x525 mm. Puis il a subi une homogénéisation de 30 heures à 482± 2°C. Suite à une opération de scalpage, le lingot présente les dimensions finales de 1150x2240x440 mm. After a relaxation treatment of 1 Oh at 350 ° C, the ingot thus obtained was then trimmed to obtain a dimension of 1150x2240x525 mm. Then it was homogenized for 30 hours at 482 ± 2 ° C. Following a scalping operation, the ingot has the final dimensions of 1150x2240x440 mm.
Le lingot a ensuite été laminé avec une température de réchauffage comprise entre 395-430°C pour atteindre une épaisseur finale de 80 mm. Le taux de réduction est de 5.5. The ingot was then laminated with a reheating temperature of 395-430 ° C to a final thickness of 80 mm. The reduction rate is 5.5.
Des opérations d’éboutage et rivage ont été effectuées afin d’atteindre une largeur finale de 900 mm et une longueur de 4000 mm. Une mise en solution de 2.5 heures à 479 ± 2°C a été réalisée. Une traction axiale de 2.3% a été appliquée, suivi par un revenu avec un premier palier de 4h à l22°C et un deuxième palier de l7h à l65°C. Trimming and shore operations were carried out in order to reach a final width of 900 mm and a length of 4000 mm. A dissolution of 2.5 hours at 479 ± 2 ° C was performed. An axial traction of 2.3% was applied, followed by an income with a first step of 4 hours at 222 ° C. and a second step of 17 hours at 165 ° C.
Les caractérisations mécaniques (traction et ténacité) ont été évaluées à mi épaisseur. Mechanical characterizations (traction and toughness) were evaluated at mid thickness.
Des éprouvettes du type CT-40 ont été prélevées à mi- épaisseur afin d’évaluer la ténacité selon les plans L-T et T-L et S-L. Pour ce qui concerne l’évaluation des caractéristiques de traction dans le plan travers-court, des éprouvettes du type 4d avec un diamètre de 6 mm et longueur utile 27 mm ont été prélevées. Specimens of the CT-40 type were taken at mid-thickness to evaluate the tenacity along the L-T and T-L and S-L planes. With regard to the evaluation of the tensile characteristics in the cross-court plane, specimens of the type 4d with a diameter of 6 mm and a useful length of 27 mm were taken.
Les résultats sont présentés dans le Tableau 7 The results are shown in Table 7
Tableau 7 Table 7
Le produit plat en alliage AA7050 obtenu selon un procédé de coulée conventionnel, à partir d’un lingot d’épaisseur 525 mm et ayant subi un taux de réduction de 5.5 présente une limite d’élasticité dans le sens L de 477 MPa, une ténacité T-L de 42.0 MPa.m1 2 et un allongement travers court de 5.0%. The AA7050 alloy flat product obtained according to a conventional casting process, from an ingot of thickness 525 mm and having undergone a reduction ratio of 5.5 has an elasticity limit in the L direction of 477 MPa, a tenacity TL of 42.0 MPa.m 1 2 and a stretch through short of 5.0%.
Le produit plat en alliage AA7050 obtenu selon un procédé de coulée selon l’invention, à partir d’un lingot d’épaisseur 525 mm et ayant subi un taux de réduction de 5.5 présente une limite d’élasticité dans le sens L de 479 MPa, une ténacité T-L de 43.0 MPa.m172 et un allongement travers court de 6.4%. The flat product AA7050 alloy obtained according to a casting process according to the invention, from an ingot of thickness 525 mm and having undergone a reduction rate of 5.5 has an elastic limit in the direction L of 479 MPa a TL toughness of 43.0 MPa.m 172 and a short through elongation of 6.4%.
Exemple 4 - Produit plat corroyé Example 4 - Wrought Flat Product
Dans cet exemple, on a réalisé une coulée d’alliage AA7050 dont la composition F est indiquée dans le Tableau 8. Un lingot de section 1650 x 525mm a ainsi été obtenu. L’affinage du grain est effectué à l’aide d’un fil affinant A1TÎC3 :0.15 avec un taux d’ajout de l.5kg/tonne. La vitesse de coulée était de 45mm/min. In this example, an AA7050 alloy casting was made, the composition F of which is indicated in Table 8. An ingot with a section of 1650 × 525 mm was thus obtained. Grain refining is carried out using a refining yarn A1TiC3: 0.15 with an addition rate of l.5kg / ton. The casting speed was 45mm / min.
Tableau 8
En début de coulée, le brassage électromagnétique est mis place. Puis après avoir solidifié une longueur d’environ 2.1 m, le brassage électromagnétique est arrêté. Table 8 At the beginning of the casting, the electromagnetic stirring is put place. Then after solidifying a length of about 2.1 m, the electromagnetic stirring is stopped.
Le brassage électromagnétique correspond à un brassage électromagnétique non stationnaire. Le brassage électromagnétique a été obtenu par la mise en place, en regard de chaque face du lingot, de trois bobines orientées selon Taxe z et parcourues par un courant alternatif qui était déphasé, dans la bobine centrale, de 90° par rapport au courant dans les bobines extrêmes. La longueur d’onde du champ glissant était donc de 2,4m. Les éléments de pompe électromagnétique ainsi obtenus étaient disposés en miroir par rapport au grand plan de symétrie du lingot, la direction de glissement étant parallèle à la direction travers-long, les glissements générés divergeant depuis la mi- largeur du lingot. Le forçage instationnaire a été obtenu par l’imposition d’une variation cyclique de l’intensité nominale du courant électrique alternatif qui parcourait les bobines, tel qu’illustré par les flèches dans le diagramme fréquence vs intensité à la figure 10. L’intensité de la force volumique maximale de Lorentz ainsi générée par la variation de l’intensité a varié selon une période de 1.33 min.
Suite à un traitement de détente de 1 Oh à 350°C, le lingot ainsi obtenu a été ensuite ébouté pour obtenir une dimension de 1145x2365x525 mm. Puis il a subi une homogénéisation de 30 heures à 482± 2°C. Suite à une opération de scalpage, le lingot a obtenu les dimensions finales de 1145x2365x455 mm. Electromagnetic stirring is a non-stationary electromagnetic stirring. The electromagnetic stirring was obtained by placing, facing each face of the ingot, three coils oriented along the axis z and traversed by an alternating current which was out of phase, in the central coil, by 90 ° with respect to the current in the extreme coils. The wavelength of the sliding field was 2.4m. The electromagnetic pump elements thus obtained were arranged in a mirror with respect to the large plane of symmetry of the ingot, the direction of sliding being parallel to the cross-long direction, the generated slips diverging from the mid-width of the ingot. Unsteady forcing was achieved by imposing a cyclic variation in the nominal AC current current flowing through the coils, as illustrated by the arrows in the frequency vs intensity diagram in Figure 10. The intensity the maximum volume force of Lorentz thus generated by the change in intensity varied over a period of 1.33 min. Following an expansion treatment of 1 Oh at 350 ° C, the ingot thus obtained was then trimmed to obtain a dimension of 1145x2365x525 mm. Then it was homogenized for 30 hours at 482 ± 2 ° C. Following a scalping operation, the ingot obtained the final dimensions of 1145x2365x455 mm.
Le lingot a été laminé longitudinalement avec une température de réchauffage de 395-430°C pour atteindre une épaisseur finale de 80 mm. Le taux de réduction est de 5.7. The ingot was rolled longitudinally with a reheat temperature of 395-430 ° C to reach a final thickness of 80 mm. The reduction rate is 5.7.
Des opérations d’éboutage et rivage ont été effectuées afin d’atteindre une largeur finale de 900 mm et une longueur de 4000 mm. Une mise en solution de 2.5 heures à 479± 2°C a été réalisée. Une traction axiale de 2.3% a été appliquée, suivi par un revenu avec un premier palier de 4h à l22°C et un deuxième palier de l7h à l65°C. Trimming and shore operations were carried out in order to reach a final width of 900 mm and a length of 4000 mm. A dissolution of 2.5 hours at 479 ± 2 ° C was performed. An axial traction of 2.3% was applied, followed by an income with a first step of 4 hours at 222 ° C. and a second step of 17 hours at 165 ° C.
Les caractérisations mécaniques (traction et ténacité) ont été réalisées de la même façon que l’exemple 3. The mechanical characterizations (traction and tenacity) were carried out in the same way as Example 3.
Les résultats sont présentés dans le Tableau 9. The results are shown in Table 9.
Tableau 9 Table 9
Le produit plat en alliage AA7050 obtenu selon un procédé de coulée conventionnel, à partir d’un lingot d’épaisseur 525 mm et ayant subi un taux de réduction de 5.5 présente une limite d’élasticité dans le sens L de 479 MPa, une ténacité T-L de 42.4 MPa.m1 2 et un allongement travers court de 4.0%. The AA7050 alloy flat product obtained according to a conventional casting process, from an ingot of thickness 525 mm and having undergone a reduction ratio of 5.5 has an elastic limit in the direction L of 479 MPa, a tenacity TL of 42.4 MPa.m 1 2 and a short transversal elongation of 4.0%.
Le produit plat en alliage AA7050 obtenu selon un procédé de coulée selon l’invention, à partir d’un lingot d’épaisseur 525 mm et ayant subi un taux de réduction de 5.5 présente une limite d’élasticité dans le sens L de 483 MPa, une ténacité T-L de 40.6 MPa.m172 et un allongement travers court de 7.4%.
The flat product AA7050 alloy obtained according to a casting process according to the invention, from an ingot of thickness 525 mm and having undergone a reduction rate of 5.5 has an elasticity limit in the direction L of 483 MPa , a TL tenacity of 40.6 MPa.m 172 and a short through elongation of 7.4%.
Claims
1. Produit plat en alliage d’aluminium s'étendant parallèlement à un axe longitudinal (L), et dont la section perpendiculaire à l’axe longitudinal présente une largeur (TL) et une épaisseur (TC), l'épaisseur (TC) étant inférieure à la largeur, l’épaisseur dudit produit plat étant supérieure à 12.5 mm, ledit produit plat étant obtenu à partir d’un procédé de fabrication comprenant : 1. Flat aluminum alloy product extending parallel to a longitudinal axis (L), and whose section perpendicular to the longitudinal axis has a width (TL) and a thickness (TC), the thickness (TC) being less than the width, the thickness of said flat product being greater than 12.5 mm, said flat product being obtained from a manufacturing process comprising:
- Un procédé de coulée avec brassage électromagnétique pour former un lingot d'alliage d'aluminium d’épaisseur supérieure à 400 mm, le procédé de coulée étant effectué dans une lingotière, la lingotière définissant un parallélépipède, de telle sorte que le lingot formé s'étend parallèlement à un axe longitudinal (Y), selon une largeur (W) et parallèlement à un axe transversal (X), selon une épaisseur (T), l'épaisseur du lingot étant inférieure à la largeur ; le lingot définissant un plan médian s'étendant selon la mi épaisseur (T/2), parallèlement à l'axe longitudinal (Y), - A casting process with electromagnetic stirring to form an aluminum alloy ingot of thickness greater than 400 mm, the casting process being carried out in an ingot mold, the mold forming a parallelepiped, so that the ingot formed s extends parallel to a longitudinal axis (Y), along a width (W) and parallel to a transverse axis (X), according to a thickness (T), the thickness of the ingot being less than the width; the ingot defining a median plane extending along the mid-thickness (T / 2), parallel to the longitudinal axis (Y),
- un procédé de transformation dudit lingot d'alliage d'aluminium comprenant une mise en solution à une température supérieure à 450°C, une trempe et un revenu ou une maturation pour obtenir un produit plat en alliage d’aluminium, a process for converting said aluminum alloy ingot comprising dissolving at a temperature above 450 ° C., quenching and tempering or maturation to obtain a flat product made of aluminum alloy,
caractérisé en ce que characterized in that
ledit procédé de coulée comprend les étapes suivantes said casting process comprises the following steps
- coulée de l'alliage d'aluminium liquide dans la lingotière, selon un axe vertical de coulée (Z), l'alliage étant refroidi, au cours de la coulée, par un ruissellement d'un liquide refroidisseur (3), de façon à former un alliage solide (ls), s'étendant autour d'un alliage liquide (lf), dit marais, l'alliage solide formant un front (10) à l'interface avec le marais (lf), le front étant incliné selon un angle d'inclinaison (a), par rapport à l'axe vertical, l'angle d'inclinaison du front variant selon l'axe transversal (X); casting of the liquid aluminum alloy in the mold, along a vertical casting axis (Z), the alloy being cooled, during the casting, by a trickling of a cooling liquid (3), forming a solid alloy (ls), extending around a liquid alloy (lf), said swamp, the solid alloy forming a front (10) at the interface with the marsh (lf), the front being inclined at an angle of inclination (a), with respect to the vertical axis, the inclination angle of the front varying along the transverse axis (X);
- déplacement de l'alliage solide (ls), selon l'axe vertical de coulée (Z), selon une vitesse de coulée (L); - Moving the solid alloy (ls) along the vertical axis of casting (Z), according to a casting speed (L);
- au cours de la coulée, application d'un champ magnétique glissant dont l'amplitude varie selon une fréquence (/), le champ magnétique étant généré par au moins un générateur de champ magnétique disposé à la périphérie de la lingotière, de façon à appliquer une force de Lorentz moyenne (F) en différents points du marais, la force de Lorentz moyenne, durant une période (P) du champ magnétique, étant inclinée par rapport à l'axe vertical (Z) selon un angle d'inclinaison (b), dit angle d'inclinaison de la force de Lorentz, ce dernier variant selon l'axe transversal (X) ; la
force de Lorentz présente durant la période P une force de Lorentz d’intensité maximale ( Fmax); during the casting, application of a sliding magnetic field whose amplitude varies according to a frequency (/), the magnetic field being generated by at least one magnetic field generator disposed at the periphery of the mold, so as to applying a mean Lorentz force (F) at different points in the marsh, the average Lorentz force, during a period (P) of the magnetic field, being inclined relative to the vertical axis (Z) at an angle of inclination ( b), said angle of inclination of the Lorentz force, the latter varying along the transverse axis (X); the Lorentz force has during the period P a Lorentz force of maximum intensity (F max );
- le marais comportant une zone médiane, s’étendant symétriquement de part et d‘autre du plan médian (M) dont l’épaisseur correspond à une demi-épaisseur du lingot - the marsh having a median zone, extending symmetrically on either side of the median plane (M) whose thickness corresponds to half a thickness of the ingot
- le champ magnétique appliqué se propage selon un axe de propagation, de telle sorte qu’une amplitude maximale ( B™ax ) du champ magnétique se propage selon ledit axe de propagation, en définissant une longueur d’onde de propagation (l), et tel que le procédé de coulée avec brassage électromagnétique correspond à un mode de brassage électromagnétique non stationnaire défini par un paramètre magnétique dit de force, régissant la force de Lorentz d’intensité maximale (Fmax) ; ce paramètre magnétique de force est variable dans un intervalle temporel (At) prédéterminé, ledit paramètre étant : the applied magnetic field propagates along an axis of propagation, so that a maximum amplitude (B ™ ax ) of the magnetic field propagates along said propagation axis, by defining a propagation wavelength (1), and as the electromagnetic stirring casting method corresponds to a non-stationary electromagnetic stirring mode defined by a magnetic parameter called force, governing the Lorentz force of maximum intensity (F max ); this magnetic force parameter is variable in a predetermined time interval (At), said parameter being:
- ladite amplitude maximale ( B™ax ) du champ magnétique ; said maximum amplitude (B ™ ax ) of the magnetic field;
- et/ou ladite fréquence (f) du champ magnétique ; and / or said frequency (f) of the magnetic field;
- et/ou la longueur d’onde de propagation (l) du champ magnétique ; de façon à obtenir une modulation, dans ledit intervalle temporel, de ladite force de Lorentz d’intensité maximale ( Fmax) se propageant selon l’axe de propagation ou tel que le procédé de coulée avec brassage électromagnétique correspond à un mode de brassage électromagnétique stationnaire plaquant défini par le fait que le champ magnétique glissant se propage selon un axe de propagation parallèle à l'axe vertical de coulée; la fréquence (/) est inférieure à 5 Hz ; et la vitesse de coulée (V) et la fréquence (/) sont adaptées de telle sorte que dans toute la zone médiane du marais, à l'interface entre l'alliage liquide (l ) et le front, l'angle d'inclinaison de la force (b) est strictement inférieur à l'angle d'inclinaison (a) du front. and / or the propagation wavelength (1) of the magnetic field; so as to obtain a modulation, in said time interval, of said maximum intensity Lorentz force (F max ) propagating along the axis of propagation or such that the electromagnetic stirring casting process corresponds to an electromagnetic stirring mode flattening stationary defined by the fact that the sliding magnetic field propagates along an axis of propagation parallel to the vertical axis of casting; the frequency (/) is less than 5 Hz; and the casting velocity (V) and the frequency (/) are adapted so that throughout the middle zone of the marsh, at the interface between the liquid alloy (1) and the front, the angle of inclination the force (b) is strictly less than the angle of inclination (a) of the front.
2. Produit plat en alliage d’aluminium selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit produit plat présente pour un élément de l’alliage d’aluminium, dont la teneur en poids est supérieure à 0.5 %, ou pour la somme de plusieurs éléments de l’alliage dont la teneur individuelle en poids est supérieure à 0.5%, un critère de dispersion e inférieur à 3.3, de préférence inférieur à 3, plus avantageusement inférieur à 2.5, encore plus avantageusement inférieur à 2 et de manière préférée inférieur à 1.5, le critère de dispersion étant défini selon les expressions suivantes : e = ACZA! ACZR 2. Flat aluminum alloy product according to claim 1 characterized in that said flat product has an aluminum alloy element whose weight content is greater than 0.5%, or for the sum of several elements. of the alloy whose individual weight content is greater than 0.5%, a dispersion criterion e of less than 3.3, preferably less than 3, more preferably less than 2.5, even more advantageously less than 2 and preferably less than 1.5. , the dispersion criterion being defined according to the following expressions: e = ACZA! ACZR
ACZA = max (CZA) - min (CZA),
ACZR max (CZR) - min (CZR) , ACZA = max (CZA) - min (CZA), ACZR max (CZR) - min (CZR),
où : or :
- max (CZA) et min (CZA) désignent respectivement les concentrations maximale et minimale de l’élément considéré ou de la somme des éléments considérés mesurées dans une zone d’analyse (ZA), présentant des macroségrégations intermittentes, par exemple entre les épaisseurs T/3.3 et T/2.3 dudit produit plat; - max (C ZA ) and min (C ZA ) denote respectively the maximum and minimum concentrations of the considered element or the sum of the considered elements measured in an analysis zone (ZA), presenting intermittent macrosegregations, for example between the thicknesses T / 3.3 and T / 2.3 of said flat product;
- max (CZR) et min (CZR) désignent respectivement les concentrations maximale et minimale de l’élément considéré ou de la somme des éléments considérés mesurées dans une zone de référence (ZR), considérée comme peu affectée par les macroségrégations intermittentes, par exemple entre les épaisseurs T/12 et T/6 dudit produit plat ; - max (CZR) and min (CZR) denote respectively the maximum and minimum concentrations of the considered element or the sum of the considered elements measured in a reference zone (ZR), considered as being little affected by intermittent macrosegregations, for example between the thicknesses T / 12 and T / 6 of said flat product;
lesdites concentrations étant mesurées sur au moins un profil établi à mi-largeur dans un plan vertical L/TC et selon la direction TC, ledit profil étant représentatif desdites macroségrégations intermittentes de l’élément considéré selon la direction TC. said concentrations being measured on at least one profile set at half width in a vertical plane L / TC and in the direction TC, said profile being representative of said intermittent macrosegregations of the element under consideration in the direction TC.
3. Produit plat en alliage d’aluminium selon l’une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que ledit procédé de transformation ne comprend pas d’étape induisant une déformation plastique supérieure à 5%, typiquement le procédé de transformation ne comprend pas d’étape de laminage à chaud. 3. Flat aluminum alloy product according to any one of claims 1 to 2 characterized in that said transformation method does not include a step inducing a plastic deformation greater than 5%, typically the transformation process does not include hot rolling step.
4. Produit plat selon la revendication 3 caractérisé en ce que l’épaisseur dudit produit plat est supérieure à 500 mm, en encore plus préférablement supérieure à 600 mm. 4. Flat product according to claim 3 characterized in that the thickness of said flat product is greater than 500 mm, even more preferably greater than 600 mm.
5. Produit plat selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que ledit produit plat présente une microstructure telle que le rapport soit inférieur à 1.5,
5. Flat product according to claim 3 or 4 characterized in that said flat product has a microstructure such that the ratio is less than 1.5,
préférentiellement compris entre 0.5 et 1.3 et de manière encore plus préférée entre 0.8 et 1.2 où GT, GL, GS, correspondent respectivement à la taille de grain moyenne dans le sens travers long, le sens long et le sens travers court du produit plat, la taille de grain étant mesurée à mi épaisseur selon la norme ASTM El 12-12. preferably between 0.5 and 1.3 and even more preferably between 0.8 and 1.2 where G T , G L, G S, correspond respectively to the mean grain size in the long cross direction, the long direction and the short cross direction of the product. flat, the grain size being measured at mid thickness according to ASTM El 12-12.
6. Produit plat en alliage d’aluminium selon l’une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que un critère d’intensité spectrale (z) est inférieur à 0.01, de préférence inférieur à 0.007 et de manière préférée inférieur à 0.005, ledit critère d’intensité spectrale étant calculé en :
Déterminant une amplitude maximale d’une transformée de Fourier d’un profil représentatif d’une macroségrégation intermittente d’un élément dont la teneur en poids est supérieure à 0.5% ou la somme de plusieurs éléments de l’alliage dont la teneur individuelle est supérieure à 0.5%, le profil étant établi selon ladite direction TC, ladite amplitude maximale étant déterminée dans une plage de périodes spatiales comprise entre 8 et 25 mm, 6. flat aluminum alloy product according to any one of claims 3 to 5 characterized in that a spectral intensity criterion (z) is less than 0.01, preferably less than 0.007 and preferably less than 0.005, said spectral intensity criterion being calculated in: Determining a maximum amplitude of a Fourier transform of a profile representative of an intermittent macrosegregation of an element whose weight content is greater than 0.5% or the sum of several elements of the alloy whose individual content is greater at 0.5%, the profile being established in said direction TC, said maximum amplitude being determined in a range of spatial periods between 8 and 25 mm,
normalisant ladite amplitude maximale par une concentration nominale Co dudit élément ou par la somme des concentrations nominales des différents éléments considérés. normalizing said maximum amplitude by a nominal concentration Co of said element or by the sum of the nominal concentrations of the various elements considered.
7. Produit plat en alliage d’aluminium selon l’une quelconque des revendications 3 à 6 caractérisé en ce que la trempe est réalisée à une vitesse inférieure à 0.1 °C/s. 7. flat aluminum alloy product according to any one of claims 3 to 6 characterized in that the quenching is performed at a speed less than 0.1 ° C / s.
8. Produit plat en alliage d’aluminium selon l’une quelconque des revendications 3 à 7 caractérisé en ce que l’alliage d’aluminium correspond à une désignation du type AA7021 ou AA7035. 8. flat aluminum alloy product according to any one of claims 3 to 7 characterized in that the aluminum alloy corresponds to a type designation AA7021 or AA7035.
Produit plat en alliage d’aluminium selon la revendication 7 ou 8 caractérisé en ce que l’allongement à rupture selon la norme NF EN ISO 6892-1 (2016) mesuré dans le sens TL présente une différence d’allongement entre la surface et la mi épaisseur inférieure à 3% , de préférence inférieure à 2.5 %, encore plus préférentiellement inférieure à 2%. Flat aluminum alloy product according to Claim 7 or 8, characterized in that the elongation at break according to standard NF EN ISO 6892-1 (2016) measured in the TL direction has a difference in elongation between the surface and the mid thickness less than 3%, preferably less than 2.5%, even more preferably less than 2%.
Produit plat en alliage d’aluminium selon l’une quelconque des revendications 7 à 9 caractérisé en ce que l’abattement de résistance par effet d‘ entaille défini selon la norme E 602-03 présente un écart inférieur à 50%, de préférence inférieur à 25% entre la mi épaisseur et le quart épaisseur. Flat aluminum alloy product according to any one of Claims 7 to 9, characterized in that the notch resistance reduction defined in accordance with the standard E 602-03 has a difference of less than 50%, preferably less than 50%. at 25% between mid-thickness and quarter-thickness.
11. Produit plat en alliage d’aluminium selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que le procédé de transformation comprend une étape de corroyage présentant un taux de réduction R supérieur à 2, préférentiellement compris entre 3 et 10, encore plus préférentiellement entre 5 et 7, le taux de réduction R étant défini par le rapport entre l’épaisseur du lingot obtenue par le procédé de coulée et l’épaisseur du produit plat final obtenue après corroyage ou si une opération de scalpage est effectuée avant corroyage,
le rapport entre l’épaisseur obtenue après scalpage et l’épaisseur du produit plat final obtenue après corroyage. 11. Flat aluminum alloy product according to claim 1 or 2 characterized in that the transformation process comprises a wrought step having a reduction ratio R greater than 2, preferably between 3 and 10, even more preferably between 5 and 10. and 7, the reduction ratio R being defined by the ratio between the thickness of the ingot obtained by the casting process and the thickness of the final flat product obtained after wrought or if a scalping operation is performed before wrought, the ratio between the thickness obtained after scalping and the thickness of the final flat product obtained after grinding.
12. Produit plat en alliage d’aluminium selon la revendication 11 caractérisée en ce que l’épaisseur dudit produit plat est comprise entre 40 et 200 mm, préférentiellement entre 70 et 120 mm. 12. The flat product of aluminum alloy according to claim 11 characterized in that the thickness of said flat product is between 40 and 200 mm, preferably between 70 and 120 mm.
13. Produit plat en alliage d’aluminium selon la revendication 11 ou 12 caractérisé en ce que un critère d’intensité spectrale (z) est inférieur à 0.01, de préférence inférieur à 0.007 et de manière préférée inférieur à 0.005, ledit critère d’intensité spectrale étant calculé en : 13. Flat aluminum alloy product according to claim 11 or 12 characterized in that a spectral intensity criterion (z) is less than 0.01, preferably less than 0.007 and preferably less than 0.005, said criterion of spectral intensity being calculated in:
Déterminant une amplitude maximale d’une transformée de Fourier d’un profil représentatif d’une macroségrégation intermittente d’un élément dont la teneur en poids est supérieure à 0.5% ou la somme de plusieurs éléments de l’alliage dont la teneur individuelle est supérieure à 0.5%, le profil étant établi selon ladite direction TC, ladite amplitude maximale étant déterminée dans une plage de périodes spatiales comprise entre 8/R et 25/R mm où R est le taux de réduction, normalisant ladite amplitude maximale par une concentration nominale Co dudit élément ou par la somme des concentrations nominales des différents éléments considérés. Determining a maximum amplitude of a Fourier transform of a profile representative of an intermittent macrosegregation of an element whose weight content is greater than 0.5% or the sum of several elements of the alloy whose individual content is greater at 0.5%, the profile being set in said direction TC, said maximum amplitude being determined in a range of spatial periods between 8 / R and 25 / R mm where R is the reduction ratio, normalizing said maximum amplitude by a nominal concentration Co of said element or by the sum of the nominal concentrations of the different elements considered.
14. Produit plat en alliage d’aluminium selon l’une quelconque des revendications 11 à 13 caractérisé en ce que ledit produit plat présente une microstructure essentiellement non recristallisée et telle que le rapport soit supérieur à 2, préférentiellement
14. Flat aluminum alloy product according to any one of claims 11 to 13 characterized in that said flat product has a substantially non-recrystallized microstructure and such that the ratio is greater than 2, preferably
compris entre 3 et 10, encore plus préférentiellement entre 5 et 7 où GT, GL, GS, correspondent respectivement à la taille moyenne de grains non recristallisés dans le sens travers long, le sens long et le sens travers court du produit plat, la taille de grain étant mesurée selon la norme ASTM El 12-12. between 3 and 10, more preferably between 5 and 7 where GT, GL, GS respectively correspond to the average size of non-recrystallized grains in the long transverse direction, the long direction and the short cross direction of the flat product, the size of grain being measured according to ASTM standard El 12-12.
15. Produit plat en alliage d’aluminium selon l’une quelconque des revendications 11 à 14 caractérisé en ce que l’alliage d’aluminium est un alliage de type aéronautique de la série 7XXX ou 2XXX ou 6XXX.
15. Flat aluminum alloy product according to any one of claims 11 to 14 characterized in that the aluminum alloy is an aerospace type alloy of the 7XXX or 2XXX or 6XXX series.
16. Produit plat en alliage d’aluminium selon la revendication 15 caractérisé en ce que l’alliage d’aluminium présente un écart de température entre la température de solidus et la température de solvus inférieur à 60 °C , préférentiellement inférieur à 40°C. 16. Flat aluminum alloy product according to claim 15 characterized in that the aluminum alloy has a temperature difference between the solidus temperature and the solvus temperature below 60 ° C, preferably below 40 ° C .
17. Produit plat en alliage d’aluminium selon la revendication 16 caractérisé en ce qu’il présente un compromis optimisé entre la ténacité, la limite d’élasticité et l’allongement à rupture, caractérisé en ce que l’alliage d’aluminium est un alliage AA7050 , en ce que son épaisseur est comprise entre 70 mm et 120 mm, et tel que la ténacité définie selon la norme E399-12 mesurée à mi épaisseur dans le sens L-T soit supérieur à 40 MPa.m1 2, la limité d’élasticité mesurée dans le sens longitudinal (L) soit supérieure à 470 MPa et l’allongement à rupture mesuré dans le sens travers court (TC) soit supérieur à 6% , préférentiellement supérieur à 7%.
17. Flat aluminum alloy product according to claim 16 characterized in that it has an optimized compromise between the tenacity, the elastic limit and the elongation at break, characterized in that the aluminum alloy is an alloy AA7050, in that its thickness is between 70 mm and 120 mm, and such that the tenacity defined according to the standard E399-12 measured at mid thickness in the direction LT is greater than 40 MPa.m 1 2 , the limited elasticity measured in the longitudinal direction (L) is greater than 470 MPa and the break elongation measured in the short cross direction (TC) is greater than 6%, preferably greater than 7%.
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