FR3080860A1 - LITHIUM COPPER ALUMINUM ALLOY WITH ENHANCED COMPRESSION RESISTANCE AND TENACITY - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un produit à base d'alliage d'aluminium comprenant, en pourcentage en poids, 4,0 à 4,6 % en poids de Cu, 0,7 à 1,2 % en poids de Li, 0,5 à 0,65 % en poids de Mg, 0,10 à 0,20 % en poids de Zr, 0,15 à 0,30 % en poids d'Ag, 0,25 à 0,45 % en poids de Zn, 0,05 à 0,35% en poids de Mn, au plus 0,20 % en poids de Fe + Si, au moins un élément choisi parmi Cr, Sc, Hf, V et Ti, la quantité dudit élément, s'il est choisi, étant de 0,05 à 0,3 % en poids pour Cr et pour Sc, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et pour V et de 0,01 à 0,15 % en poids pour Ti, autres éléments au plus 0,05% en poids chacun et 0,15% en poids au total et reste aluminium. L'invention concerne également un procédé pour l'obtention d'un tel produit et son utilisation en tant qu'élément de structure d'avion.The invention relates to an aluminum alloy product comprising, in percentage by weight, 4.0 to 4.6% by weight of Cu, 0.7 to 1.2% by weight of Li, 0.5 0.65% by weight of Mg, 0.10 to 0.20% by weight of Zr, 0.15 to 0.30% by weight of Ag, 0.25 to 0.45% by weight of Zn, 0.05 to 0.35% by weight of Mn, at most 0.20% by weight of Fe + Si, at least one element selected from Cr, Sc, Hf, V and Ti, the amount of said element, if is chosen, being from 0.05 to 0.3% by weight for Cr and for Sc, 0.05 to 0.5% by weight for Hf and for V and from 0.01 to 0.15% by weight for Ti , other elements at most 0.05% by weight each and 0.15% by weight in total and remains aluminum. The invention also relates to a method for obtaining such a product and its use as an element of aircraft structure.
Description
ALLIAGE ALUMINIUM CUIVRE LITHIUM A RESISTANCE EN COMPRESSION ET TENACITE AMELIOREESLITHIUM COPPER ALUMINUM ALLOY WITH IMPROVED COMPRESSION RESISTANCE AND TENACITY
Domaine de l’inventionField of the invention
L’invention concerne les produits en alliages aluminium-cuivre-lithium, plus particulièrement, de tels produits destinés à la construction aéronautique et aérospatiale.The invention relates to products made of aluminum-copper-lithium alloys, more particularly, such products intended for aeronautical and aerospace construction.
Etat de la techniqueState of the art
Des produits en alliage d’aluminium sont développés pour produire des pièces de haute résistance destinées notamment à l’industrie aéronautique et à l’industrie aérospatiale.Aluminum alloy products are developed to produce high strength parts for the aeronautics and aerospace industries.
Les alliages d’aluminium contenant du lithium sont très intéressants à cet égard, car le lithium peut réduire la densité de l'aluminium de 3 % et augmenter le module d'élasticité de 6 % pour chaque pourcent en poids de lithium ajouté. Pour que ces alliages soient sélectionnés dans les avions, leur performance par rapport aux autres propriétés d’usage doit atteindre celle des alliages couramment utilisés, en particulier en terme de compromis entre les propriétés de résistance mécanique statique (limite d’élasticité en traction et en compression, résistance à la rupture) et les propriétés de tolérance aux dommages (ténacité, résistance à la propagation des fissures en fatigue), ces propriétés étant en général antinomiques. Pour certaines pièces telles que les extrados de voilure, la limite d’élasticité en compression est une propriété essentielle. Ces propriétés mécaniques doivent de plus être de préférence stables dans le temps et présenter une bonne stabilité thermique, c’est-à-dire ne pas être significativement modifiées par un vieillissement à température d’utilisation.Aluminum alloys containing lithium are very interesting in this regard, since lithium can reduce the density of aluminum by 3% and increase the modulus of elasticity by 6% for each weight percent of lithium added. In order for these alloys to be selected in airplanes, their performance compared to the other properties of use must reach that of the commonly used alloys, in particular in terms of compromise between the properties of static mechanical resistance (elastic limit in tension and in compression, resistance to rupture) and the properties of tolerance to damage (toughness, resistance to the propagation of cracks in fatigue), these properties being in general contradictory. For certain parts such as wing upper surfaces, the compressive elastic limit is an essential property. These mechanical properties must moreover preferably be stable over time and have good thermal stability, that is to say not be significantly modified by aging at use temperature.
Ces alliages doivent également présenter une résistance à la corrosion suffisante, pouvoir être mis en forme selon les procédés habituels et présenter de faibles contraintes résiduelles de façon à pouvoir être usinés de façon intégrale. Ils doivent enfin pouvoir être obtenus par des procédés de fabrication robustes, en particulier, les propriétés doivent pouvoir être obtenues sur des outils industriels pour lesquels il est difficile de garantir une homogénéité de température à quelques degrés près pour des pièces de grandes dimensions.These alloys must also have sufficient corrosion resistance, be able to be shaped according to the usual methods and have low residual stresses so that they can be fully machined. Finally, they must be able to be obtained by robust manufacturing processes, in particular, the properties must be able to be obtained on industrial tools for which it is difficult to guarantee temperature uniformity to within a few degrees for large parts.
Le brevet US 5,032,359 décrit une vaste famille d’alliages aluminium-cuivre-lithium dans lesquels l’addition de magnésium et d’argent, en particulier entre 0,3 et 0,5 pourcent en poids, permet d’augmenter la résistance mécanique.US Pat. No. 5,032,359 describes a large family of aluminum-copper-lithium alloys in which the addition of magnesium and silver, in particular between 0.3 and 0.5 percent by weight, makes it possible to increase the mechanical resistance.
Le brevet US 5,455,003 décrit un procédé de fabrication d’alliages Al-Cu-Li qui présentent une résistance mécanique et une ténacité améliorés à température cryogénique, en particulier grâce à un écrouissage et un revenu appropriés. Ce brevet recommande en particulier la composition, en pourcentage en poids, Cu = 3,0 - 4,5, Li = 0,7 - 1,1, Ag = 0 - 0,6, Mg = 0,30,6 et Zn = 0 - 0,75.US Patent 5,455,003 describes a process for manufacturing Al-Cu-Li alloys which have improved mechanical strength and toughness at cryogenic temperature, in particular thanks to appropriate work hardening and tempering. This patent recommends in particular the composition, in percentage by weight, Cu = 3.0 - 4.5, Li = 0.7 - 1.1, Ag = 0 - 0.6, Mg = 0.30.6 and Zn = 0 - 0.75.
Le brevet US 7,438,772 décrit des alliages comprenant, en pourcentage en poids, Cu : 3-5, Mg : 0,5-2, Li : 0,01-0,9 et décourage l’utilisation de teneur en lithium plus élevées en raison d’une dégradation du compromis entre ténacité et résistance mécanique.US Patent 7,438,772 describes alloys comprising, in percentage by weight, Cu: 3-5, Mg: 0.5-2, Li: 0.01-0.9 and discourages the use of higher lithium content due degradation of the compromise between toughness and mechanical strength.
Le brevet US 7,229,509 décrit un alliage comprenant (% en poids) : (2,5-5,5) Cu, (0,1-2,5) Li, (0,2-1,0) Mg, (0,2-0,8) Ag, (0,2-0,8) Mn, 0,4 max Zr ou d’autres agents affinant le grain tels que Cr, Ti, Hf, Sc, V.US Patent 7,229,509 describes an alloy comprising (% by weight): (2.5-5.5) Cu, (0.1-2.5) Li, (0.2-1.0) Mg, (0, 2-0.8) Ag, (0.2-0.8) Mn, 0.4 max Zr or other grain refining agents such as Cr, Ti, Hf, Sc, V.
La demande de brevet US 2009/142222 Al décrit des alliages comprenant (en % en poids),The patent application US 2009/142222 A1 describes alloys comprising (in% by weight),
3,4 à 4,2% de Cu, 0,9 à 1,4 % de Li, 0,3 à 0,7 % de Ag, 0,1 à 0,6% de Mg, 0,2 à 0,8 % de Zn, 0,1 à 0,6 % de Mn et 0,01 à 0,6 % d’au moins un élément pour le contrôle de la structure granulaire. Cette demande décrit également un procédé de fabrication de produits filés.3.4 to 4.2% Cu, 0.9 to 1.4% Li, 0.3 to 0.7% Ag, 0.1 to 0.6% Mg, 0.2 to 0, 8% Zn, 0.1 to 0.6% Mn and 0.01 to 0.6% of at least one element for controlling the granular structure. This application also describes a process for manufacturing spun products.
La demande de brevet W02009/036953 concerne un produit en alliage d'aluminium pour les éléments structuraux présentant une composition chimique comprenant, en poids Cu de 3,4 à 5,0, Li de 0,9 à 1,7, Mg de 0,2 à 0,8, Ag d'environ 0,1 à 0,8, Mn de 0,1 à 0,9, Zn jusqu'à 1,5, et un ou plusieurs éléments choisis dans le groupe constitué par: (Zr environ 0,05 à 0,3,Patent application WO2009 / 036953 relates to an aluminum alloy product for structural elements having a chemical composition comprising, by weight Cu from 3.4 to 5.0, Li from 0.9 to 1.7, Mg from 0 , 2 to 0.8, Ag of approximately 0.1 to 0.8, Mn of 0.1 to 0.9, Zn to 1.5, and one or more elements chosen from the group consisting of: ( Zr about 0.05 to 0.3,
Cr 0,05 à 0,3, Ti environ 0,03 à 0,3, Sc environ 0,05 à 0,4, Hf environ 0,05 à 0,4), Fe <0,15, Si <0,5, les impuretés normales et inévitables.Cr 0.05 to 0.3, Ti about 0.03 to 0.3, Sc about 0.05 to 0.4, Hf about 0.05 to 0.4), Fe <0.15, Si <0, 5, normal and inevitable impurities.
La demande de brevet WO 2012/085359 A2 concerne un procédé de fabrication de produits laminés en alliage à base d'aluminium comprenant 4,2 à 4,6 % en poids de Cu, 0,8 à 1,30 % en poids de Li, 0,3 à 0,8 % en poids de Mg, 0,05 à 0, 18 % en poids de Zr, 0,05 à 0,4 % en poids d'Ag, 0,0 à 0,5% en poids de Mn, au plus 0,20 % en poids de Fe + Si, moins de 0,20 % en poids de Zn, au moins un élément choisi parmi Cr, Se, Hf et Ti, la quantité dudit élément, s'il est choisi, étant de 0,05 à 0,3 % en poids pour Cr et pour Se, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et de 0,01 à 0, 15 % en poids pour Ti, les autres éléments au plus 0,05% en poids chacun et 0, 15% en poids au total, le reste aluminium, comprenant les étapes d'élaboration, coulée, homogénéisation, laminage avec une température supérieure à 400 °C, mise en solution, trempe, traction entre 2 et 3,5% et revenu.Patent application WO 2012/085359 A2 relates to a process for the manufacture of laminated products of aluminum-based alloy comprising 4.2 to 4.6% by weight of Cu, 0.8 to 1.30% by weight of Li , 0.3 to 0.8% by weight of Mg, 0.05 to 0.18% by weight of Zr, 0.05 to 0.4% by weight of Ag, 0.0 to 0.5% by weight weight of Mn, at most 0.20% by weight of Fe + Si, less than 0.20% by weight of Zn, at least one element chosen from Cr, Se, Hf and Ti, the quantity of said element, if is chosen, being from 0.05 to 0.3% by weight for Cr and for Se, 0.05 to 0.5% by weight for Hf and from 0.01 to 0.15% by weight for Ti, the others elements at most 0.05% by weight each and 0.15% by weight in total, the rest of the aluminum, comprising the stages of preparation, casting, homogenization, rolling with a temperature above 400 ° C, dissolution, quenching , traction between 2 and 3.5% and income.
La demande de brevet US2012/0225271 Al concerne des produits corroyés d’épaisseur au moins 12,7 mm contenant de 3,00 à 3,80 en poids.% de Cu, de 0,05 à 0,35 en poids % de Mg, de 0,975 à 1,385 en poids % de Li, dans lequel -0,3 Mg - 0.15Cu +1,65 < Li < -0,3 Mg-0.15Cu +1,85, de 0,05 à 0,50 en poids. % d'au moins un élément de contrôle de la structure du grain, dans lequel l'élément de contrôle de la structure des grains est choisi dans le groupe constitué de Zr, Sc, Cr, V, Hf, d'autres éléments des terres rares, et des combinaisons de ceux-ci, jusqu'à 1,0 en poids % de Zn, jusqu'à 1,0 en poids % de Mn, jusqu'à 0,12 en poids % de Si, jusqu'à 0,15 en poids % de Fe, jusqu'à 0,15 en poids % de Ti, jusqu'à 0,10 poids. % d’autres éléments avec un total ne dépassant pas 0,35 en poids %.Patent application US2012 / 0225271 A1 relates to wrought products with a thickness of at least 12.7 mm containing from 3.00 to 3.80 by weight.% Cu, from 0.05 to 0.35 by weight% Mg , from 0.975 to 1.385 by weight% of Li, in which -0.3 Mg - 0.15Cu +1.65 <Li <-0.3 Mg-0.15Cu +1.85, from 0.05 to 0.50 in weight. % of at least one grain structure control element, in which the grain structure control element is selected from the group consisting of Zr, Sc, Cr, V, Hf, other earth elements rare, and combinations thereof, up to 1.0 wt% Zn, up to 1.0 wt% Mn, up to 0.12 wt% Si, up to 0 , 15 wt% Fe, up to 0.15 wt% Ti, up to 0.10 weight. % of other items with a total not exceeding 0.35 by weight%.
La demande WO 2013/169901 décrit des alliages comprenant, en pourcentage en poids, 3,5 à 4,4% de Cu, 0,65 à 1,15 % de Li, 0,1 à 1,0 % d’Ag, 0,45 à 0,75% de Mg, 0,45 à 0,75% de Zn et 0,05 à 0,50 % d’au moins un élément pour le contrôle de la structure granulaire. Les alliages ont avantageusement un rapport Zn sur Mg compris entre 0,60 et 1,67.Application WO 2013/169901 describes alloys comprising, in percentage by weight, 3.5 to 4.4% of Cu, 0.65 to 1.15% of Li, 0.1 to 1.0% of Ag, 0.45 to 0.75% Mg, 0.45 to 0.75% Zn and 0.05 to 0.50% of at least one element for controlling the granular structure. The alloys advantageously have a Zn to Mg ratio of between 0.60 and 1.67.
Il existe un besoin pour des produits en alliage aluminium-cuivre-lithium présentant des propriétés améliorées par rapport à celles des produits connus, en particulier en termes de compromis entre les propriétés de résistance mécanique statique, en particulier la limite d’élasticité en traction et en compression et les propriétés de tolérance aux dommages, en particulier la ténacité, de stabilité thermique, de résistance à la corrosion et d’aptitude à l’usinage, tout en ayant une faible densité.There is a need for products made of aluminum-copper-lithium alloy having improved properties compared to those of known products, in particular in terms of compromise between the properties of static mechanical resistance, in particular the elastic limit in traction and in compression and damage tolerance properties, especially toughness, thermal stability, corrosion resistance and workability, while having low density.
De plus, il existe un besoin pour un procédé de fabrication de ces produits robuste, fiable et économique.In addition, there is a need for a manufacturing process for these robust, reliable and economical products.
Objet de l’inventionObject of the invention
Un premier objet de l’invention est un produit à base d’alliage d’aluminium comprenant, en pourcentage en poids, 4,0 à 4,6 % en poids de Cu, 0,7 à 1,2 % en poids de Li, 0,5 à 0,65 % en poids de Mg, 0,10 à 0,20 % en poids de Zr, 0,15 à 0,30 % en poids d’Ag, 0,25 à 0,45 % en poids de Zn, 0,05 à 0,35% en poids de Mn, au plus 0,20 % en poids de Fe + Si, au moins un élément choisi parmi Cr, Sc, Hf, V et Ti, la quantité dudit élément, s’il est choisi, étant de 0,05 à 0,3 % en poids pour Cr et pour Sc, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et pour V et de 0,01 à 0,15 % en poids pour Ti, autres éléments au plus 0,05% en poids chacun et 0,15% en poids au total et reste aluminium.A first object of the invention is a product based on aluminum alloy comprising, as a percentage by weight, 4.0 to 4.6% by weight of Cu, 0.7 to 1.2% by weight of Li , 0.5 to 0.65% by weight of Mg, 0.10 to 0.20% by weight of Zr, 0.15 to 0.30% by weight of Ag, 0.25 to 0.45% in weight of Zn, 0.05 to 0.35% by weight of Mn, at most 0.20% by weight of Fe + Si, at least one element chosen from Cr, Sc, Hf, V and Ti, the amount of said element , if chosen, being from 0.05 to 0.3% by weight for Cr and for Sc, 0.05 to 0.5% by weight for Hf and for V and from 0.01 to 0.15% by weight for Ti, other elements at most 0.05% by weight each and 0.15% by weight in total and aluminum remains.
Un second objet de l’invention est un procédé de fabrication d’un produit à base d’alliage d’aluminium dans lequel, successivement,A second object of the invention is a process for manufacturing a product based on aluminum alloy in which, successively,
a) on élabore un bain de métal liquide à base d’aluminium comprenant 4,0 à 4,6 % en poids de Cu ; 0,7 à 1,2 % en poids de Li ; 0,5 à 0,65 % en poids de Mg ; 0,10 à 0,20 % en poids de Zr ; 0,15 à 0,30 % en poids d’Ag ; 0,25 à 0,45 % en poids de Zn ; 0,05 à 0,35% en poids de Mn ; au plus 0,20 % en poids de Fe + Si ; au moins un élément choisi parmi Cr, Sc, Hf, V et Ti, la quantité dudit élément, s’il est choisi, étant de 0,05 à 0,3 % en poids pour Cr et pour Sc, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et pour V et de 0,01 à 0,15 % en poids pour Ti ; autres éléments au plus 0,05% en poids chacun et 0,15% en poids au total et reste aluminium ;a) developing a liquid metal bath based on aluminum comprising 4.0 to 4.6% by weight of Cu; 0.7 to 1.2% by weight of Li; 0.5 to 0.65% by weight of Mg; 0.10 to 0.20% by weight of Zr; 0.15 to 0.30% by weight of Ag; 0.25 to 0.45% by weight of Zn; 0.05 to 0.35% by weight of Mn; at most 0.20% by weight of Fe + Si; at least one element chosen from Cr, Sc, Hf, V and Ti, the amount of said element, if chosen, being from 0.05 to 0.3% by weight for Cr and for Sc, 0.05 to 0 , 5% by weight for Hf and for V and from 0.01 to 0.15% by weight for Ti; other elements not more than 0.05% by weight each and 0.15% by weight in total and aluminum remains;
b) on coule une forme brute à partir dudit bain de métal liquide ;b) pouring a raw form from said liquid metal bath;
c) on homogénéise ladite forme brute à une température comprise entre 450°C et 550°C et de préférence entre 480°C et 530°C pendant une durée comprise entre 5 et 60 heures ;c) homogenizing said raw form at a temperature between 450 ° C and 550 ° C and preferably between 480 ° C and 530 ° C for a period between 5 and 60 hours;
d) on déforme à chaud, préférentiellement par laminage, ladite forme brute homogénéisée ;d) said homogenized raw form is hot deformed, preferably by rolling;
e) on met en solution le produit déformé à chaud entre 490 et 530 °C pendant 15 min à 8 h et on trempe ledit produit mis en solution ;e) the hot deformed product is dissolved in a temperature between 490 and 530 ° C for 15 min to 8 h and the said dissolved product is quenched;
f) on déforme à froid ledit produit avec une déformation de 2 à 16% ;f) said product is cold deformed with a deformation of 2 to 16%;
g) on réalise un revenu dans lequel ledit produit déformé à froid atteint une température comprise entre 130 et 170°C et de préférence entre 140 et 160°C pendant 5 à 100 heures et de préférence de 10 à 70h.g) an income is produced in which said cold-deformed product reaches a temperature between 130 and 170 ° C and preferably between 140 and 160 ° C for 5 to 100 hours and preferably from 10 to 70 hours.
Un autre objet de l’invention est un produit en alliage selon l’invention ou susceptible d’être obtenu selon le procédé de l’invention, d’épaisseur comprise entre 8 et 50 mm ayant, à miépaisseur :Another object of the invention is an alloy product according to the invention or capable of being obtained according to the method of the invention, of thickness between 8 and 50 mm having, at half thickness:
i) une limite d’élasticité en compression Rcpo,2(L) > 590 MPa, de préférence Rcpo,2(L) > 595 MPa;i) a yield strength in compression Rc p o, 2 (L)> 590 MPa, preferably Rc p o, 2 (L)> 595 MPa;
ii) une ténacité Kapp (L-T) > 60 MPa^m, de préférence Kapp (L-T) > 75 MPa^m, avec Kapp (L-T) la valeur du facteur d’intensité de contrainte apparent à la rupture définie selon la norme ASTM E561 (2015) mesurée sur des éprouvettes CCT de largeur W=406 mm et d’épaisseur B = 6,35 mm;ii) a toughness K app (LT)> 60 MPa ^ m, preferably K app (LT)> 75 MPa ^ m, with Kapp (LT) the value of the stress intensity factor apparent at break defined according to the standard ASTM E561 (2015) measured on CCT test pieces of width W = 406 mm and thickness B = 6.35 mm;
iii) ) une différence entre la limite d’élasticité en traction Rpo,2(L) et la limite d’élasticité en compression Rcpo,2(L), Rpo,2(L) - Rcpo,2(L), inférieure ou égale à 10 MPa, de préférence < 5 MPa.iii)) a difference between the tensile elastic limit R p o, 2 (L) and the compressive elastic limit Rc p o, 2 (L), R p o, 2 (L) - Rc p o , 2 (L), less than or equal to 10 MPa, preferably <5 MPa.
Un autre objet encore est un élément de structure d’avion, de préférence un élément extrados d’aile d’avion.Yet another object is an aircraft structural element, preferably an aircraft wing upper surface element.
Description des figuresDescription of the figures
Figure 1 : Compromis entre la ténacité Kapp L-T et la limite d’élasticité en compression Rcpo.2 L des alliages de l’exemple 1.Figure 1: Compromise between the toughness K app LT and the elasticity limit in compression Rc p o.2 L of the alloys of example 1.
Figure 2 : Compromis entre la ténacité KqL-T et la limite d’élasticité en compression Rcpo.2 L des alliages de l’exemple 2.Figure 2: Compromise between the toughness K q LT and the elasticity limit in compression Rc p o.2 L of the alloys of example 2.
Figure 3 : Compromis entre la limite d’élasticité en compression Rcpo.2 L et la limite d’élasticité en traction Rpo.2 L pour les alliages de l’exemple 2.Figure 3: Compromise between the elasticity limit in compression Rc p o.2 L and the elasticity limit in tension R p o.2 L for the alloys of Example 2.
Figure 4 : Compromis entre la ténacité Kapp L-T et la limite d’élasticité en compression Rcpo.2 L des alliages de l’exemple 3.Figure 4: Compromise between the toughness K app LT and the elastic limit in compression Rc p o.2 L of the alloys of example 3.
Description de l’inventionDescription of the invention
Sauf mention contraire, toutes les indications concernant la composition chimique des alliages sont exprimées comme un pourcentage en poids basé sur le poids total de l’alliage. L’expression 1,4 Cu signifie que la teneur en cuivre exprimée en % en poids est multipliée par 1,4. La désignation des alliages se fait en conformité avec les règlements de The Aluminium Association, connus de l’homme du métier. Lorsque la concentration est exprimée en ppm (parts per million), cette indication se réfère également à une concentration massique.Unless otherwise stated, all information regarding the chemical composition of the alloys is expressed as a percentage by weight based on the total weight of the alloy. The expression 1.4 Cu means that the copper content expressed in% by weight is multiplied by 1.4. The designation of alloys is done in accordance with the regulations of The Aluminum Association, known to those skilled in the art. When the concentration is expressed in ppm (parts per million), this indication also refers to a mass concentration.
Sauf mention contraire, les définitions des états métallurgiques indiquées dans la norme européenne EN 515 (1993) s’appliquent.Unless otherwise stated, the definitions of metallurgical states given in European standard EN 515 (1993) apply.
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 ISO 6892-1 (2016), le prélèvement et le sens de l’essai étant définis par la norme EN 485 (2016). Rpo,2 (L) signifie Rpo,2 mesuré dans la direction longitudinale.The static mechanical characteristics in tension, in other words the tensile strength R m , the conventional elastic limit at 0.2% elongation R P o, 2, and the elongation at break A%, are determined by a tensile test according to standard NF EN ISO 6892-1 (2016), the sampling and the direction of the test being defined by standard EN 485 (2016). R p o, 2 (L) means R p o, 2 measured in the longitudinal direction.
La limite d’élasticité en compression Rcpo,2 a été mesurée à 0,2% de compression selon la norme AS TM E9-09 (2018). Rcpo,2 (L) signifie Rcpo,2 mesuré dans la direction longitudinale. Le facteur d’intensité de contrainte (Kic) est déterminé selon la norme ASTM E 399 (2012). Le facteur d’intensité de contrainte (Kq) est déterminé selon la norme ASTM E 399 (2012). La norme ASTME 399 (2012) donne les critères qui permettent de déterminer si Kq est une valeur valide de Kæ. Pour une géométrie d’éprouvette donnée, les valeurs de Kq obtenues pour différents matériaux sont comparables entre elles pour autant que les limites d’élasticité des matériaux soient du même ordre de grandeur.The elasticity limit in compression Rc p o, 2 was measured at 0.2% compression according to the standard AS TM E9-09 (2018). Rc p o, 2 (L) means Rc p o, 2 measured in the longitudinal direction. The stress intensity factor (Kic) is determined according to standard ASTM E 399 (2012). The stress intensity factor (Kq) is determined according to standard ASTM E 399 (2012). ASTME 399 (2012) gives the criteria for determining whether Kq is a valid value of Kæ. For a given specimen geometry, the Kq values obtained for different materials are comparable with each other provided that the elastic limits of the materials are of the same order of magnitude.
Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258 (2012) s’appliquent.Unless otherwise stated, the definitions of EN 12258 (2012) apply.
Les valeurs du facteur d’intensité de contrainte apparent à la rupture (Kapp) et du facteur d’intensité de contrainte à la rupture (Kc) sont telles que définies dans la norme ASTM E561. Une courbe donnant le facteur d’intensité de contrainte effectif en fonction de l’extension de fissure effective, connue comme la courbe R, est déterminée selon la norme ASTM E 561 (ASTM E 561-10-2).The values of the apparent stress intensity factor at break (K app ) and the stress stress intensity factor (K c ) are as defined in standard ASTM E561. A curve giving the effective stress intensity factor as a function of the effective crack extension, known as the curve R, is determined according to standard ASTM E 561 (ASTM E 561-10-2).
Le facteur d’intensité de contrainte critique Kc, en d’autres termes le facteur d’intensité qui rend la fissure instable, est calculé à partir de la courbe R. Le facteur d’intensité de contrainte Kco est également calculé en attribuant la longueur de fissure initiale au commencement de la charge monotone, à la charge critique. Ces deux valeurs sont calculées pour une éprouvette de la forme requise. Kapp représente le facteur Kco correspondant à l’éprouvette qui a été utilisée pour effectuer l’essai de courbe R. Kerr représente le facteur Kc correspondant à l’éprouvette qui a été utilisée pour effectuer l’essai de courbe R.The critical stress intensity factor Kc, in other words the intensity factor which makes the crack unstable, is calculated from the curve R. The stress intensity factor Kco is also calculated by assigning the length of initial crack at the beginning of the monotonic charge, at the critical load. These two values are calculated for a test piece of the required shape. K app represents the factor Kco corresponding to the test piece which was used to carry out the curve test R. K e rr represents the factor Kc corresponding to the test piece which was used to carry out the test of curve R.
On appelle ici « élément de structure » ou « élément structural » d’une construction mécanique une pièce mécanique pour laquelle les propriétés mécaniques statiques et/ou dynamiques sont particulièrement importantes pour la performance de la structure, et pour laquelle un calcul de structure est habituellement prescrit ou réalisé. Il s’agit typiquement d’éléments dont la défaillance est susceptible de mettre en danger la sécurité de ladite construction, de ses utilisateurs, des ses usagers ou d’autrui. Pour un avion, ces éléments de structure comprennent notamment les éléments qui composent le fuselage (tels que la peau de fuselage, fuselage skin en anglais), les raidisseurs ou lisses de fuselage (stringers), les cloisons étanches (bulkheads), les cadres de fuselage (circumferential frames), les ailes (tels que la peau de voilure extrados ou intrados (upper or lower 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.We call here "structural element" or "structural element" of a mechanical construction 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 carried out. These are typically elements the failure of which is likely to endanger the safety of the said structure, its users, its users or others. For an aircraft, these structural elements include in particular the elements that make up the fuselage (such as the fuselage skin), the stiffeners or stringers of the fuselage (stringers), the bulkheads, the frames of fuselage (circumferential frames), wings (such as upper or lower wing skin), stiffeners (stringers or stiffeners), ribs and spars) and the tail unit in particular horizontal and vertical stabilizers (horizontal or vertical stabilizers), as well as floor profiles (floor beams), seat rails (doors tracks) and doors.
Selon la présente invention, une classe sélectionnée d’alliages d’aluminium contenant notamment des quantités spécifiques et critiques de lithium, cuivre, magnésium, argent, manganèse et zinc permet de préparer des éléments de structure, en particulier des tôles d’extrados de voilure, présentant une limite d’élasticité en compression Rcpo,2(L) élevée, une faible différence entre limite d’élasticité en compression Rcpo,2(L) et limite d’élasticité en traction Rpo,2(L) et un facteur d’intensité de contrainte apparent à la rupture Kapp particulièrement amélioré. La composition d’alliage sélectionnée de l’invention permet en outre d’obtenir tout ou partie des avantages précités pour une large plage de temps de revenu (notamment une plage d’au moins 5h à une température de revenu donnée). Une telle composition permet ainsi de garantir la robustesse du procédé de fabrication et donc de garantir les propriétés finales du produit lors d’une fabrication industrielle.According to the present invention, a selected class of aluminum alloys containing in particular specific and critical quantities of lithium, copper, magnesium, silver, manganese and zinc makes it possible to prepare structural elements, in particular sheets of upper surface of the airfoil. , with a high elastic limit in compression Rc p o, 2 (L), a small difference between elastic limit in compression Rc p o, 2 (L) and elastic limit in tension R p o, 2 ( L) and a particularly improved stress intensity factor apparent at failure K app . The selected alloy composition of the invention also makes it possible to obtain all or part of the abovementioned advantages for a wide range of tempering time (in particular a range of at least 5 h at a given tempering temperature). Such a composition thus makes it possible to guarantee the robustness of the manufacturing process and therefore to guarantee the final properties of the product during industrial manufacture.
Le produit à base d’alliage d’aluminium selon l’invention comprend, en pourcentage en poids, 4,0 à 4,6% en poids de Cu ; 0,7 à 1,2% en poids de Li ; 0,5 à 0,65% en poids de Mg ; 0,10 à 0,20% en poids de Zr ; 0,15 à 0,30% en poids d’Ag ;0,25 à 0,45% en poids de Zn ; 0,05 à 0,35% en poids de Mn ; au plus 0,20% en poids de Fe + Si ; au moins un élément choisi parmi Cr, Sc, Hf, V et Ti ; autres éléments au plus 0,05% en poids chacun et 0,15% en poids au total et reste aluminium.The aluminum alloy product according to the invention comprises, as a percentage by weight, 4.0 to 4.6% by weight of Cu; 0.7 to 1.2% by weight of Li; 0.5 to 0.65% by weight of Mg; 0.10 to 0.20% by weight of Zr; 0.15 to 0.30% by weight of Ag; 0.25 to 0.45% by weight of Zn; 0.05 to 0.35% by weight of Mn; at most 0.20% by weight of Fe + Si; at least one element chosen from Cr, Sc, Hf, V and Ti; other elements not more than 0.05% by weight each and 0.15% by weight in total and aluminum remains.
La teneur en cuivre des produits selon l’invention est comprise entre 4,0 et 4,6% en poids, préférentiellement entre 4,2 et 4,5% en poids et plus préférentiellement entre 4,2 et 4,4 % en poids. Dans un mode de réalisation avantageux la teneur minimale en cuivre est de 4,25 % en poids.The copper content of the products according to the invention is between 4.0 and 4.6% by weight, preferably between 4.2 and 4.5% by weight and more preferably between 4.2 and 4.4% by weight . In an advantageous embodiment, the minimum copper content is 4.25% by weight.
La teneur en lithium des produits selon l’invention est comprise entre 0,7 à 1,2% en poids. Avantageusement, la teneur en lithium est comprise entre 0,8 et 1,0% en poids ; préférentiellement entre 0,85 et 0,95 % en poids.The lithium content of the products according to the invention is between 0.7 to 1.2% by weight. Advantageously, the lithium content is between 0.8 and 1.0% by weight; preferably between 0.85 and 0.95% by weight.
L’augmentation de la teneur en cuivre et dans une moindre mesure de la teneur en lithium contribue à améliorer la résistance mécanique statique, cependant, le cuivre ayant un effet néfaste notamment sur la densité, il est préférable de limiter la teneur en cuivre à la valeur maximale préférée de 4,4 % en poids. L’augmentation de la teneur en lithium a un effet favorable sur la densité, cependant les présents inventeurs ont constaté que pour les alliages selon l’invention, la teneur en lithium préférée comprise entre 0,85 % et 0,95 % en poids permet une amélioration du compromis entre résistance mécanique (limite d’élasticité en traction et en compression) et ténacité. Une forte teneur en lithium, notamment au-delà de la valeur maximale préférée de 0,95 % en poids, peut conduire à une dégradation de la ténacité. La teneur en magnésium des produits selon l’invention est comprise entre 0,5% et 0,65% en poids. Préférentiellement, la teneur en magnésium est au moins de 0,50 % ou même au moinsThe increase in the copper content and to a lesser extent the lithium content contributes to improving the static mechanical strength, however, copper having a detrimental effect in particular on the density, it is preferable to limit the copper content to the preferred maximum value of 4.4% by weight. The increase in the lithium content has a favorable effect on the density, however the present inventors have found that for the alloys according to the invention, the preferred lithium content of between 0.85% and 0.95% by weight allows an improvement in the compromise between mechanical strength (elastic limit in tension and compression) and toughness. A high lithium content, especially beyond the preferred maximum value of 0.95% by weight, can lead to a deterioration in toughness. The magnesium content of the products according to the invention is between 0.5% and 0.65% by weight. Preferably, the magnesium content is at least 0.50% or even at least
0,55 % en poids, ce qui améliore simultanément résistance mécanique statique et ténacité. En particulier pour les compositions sélectionnées de la présente invention, une teneur en magnésium supérieure à 0,65% en poids peut induire une dégradation de la ténacité.0.55% by weight, which simultaneously improves static mechanical strength and toughness. In particular for the selected compositions of the present invention, a magnesium content greater than 0.65% by weight can induce a deterioration in toughness.
Les teneurs en zinc et en argent sont respectivement comprises entre 0,25 et 0,45% en poids et 0,15 et 0,30 % en poids. De telles teneurs en zinc et argent sont nécessaires pour garantir une limite élastique en compression ayant une valeur proche de celle de la limite élastique en traction. Dans un mode de réalisation avantageux, les produits selon l’invention ont une différence entre la limite d’élasticité en traction Rpo,2(L) et la limite d’élasticité en compression Rcpo,2(L) inférieure ou égale à 10 MPa, de préférence inférieure ou égale 5 MPa.The zinc and silver contents are respectively between 0.25 and 0.45% by weight and 0.15 and 0.30% by weight. Such zinc and silver contents are necessary to guarantee an elastic limit in compression having a value close to that of the elastic limit in tension. In an advantageous embodiment, the products according to the invention have a difference between the elastic limit in tension R p o, 2 (L) and the elastic limit in compression Rc p o, 2 (L) lower or equal to 10 MPa, preferably less than or equal to 5 MPa.
La présence d’argent et de zinc permet d’obtenir un bon compromis entre les différentes propriétés recherchées. En particulier, la présence d’argent permet d’obtenir un produit de façon fiable et robuste, c’est-à-dire que le compromis de propriétés recherché est atteint pour une large plage de temps de revenu, notamment une plage de temps supérieure à 5h, ce qui est compatible avec la variabilité inhérente à un procédé de fabrication industriel. Une teneur minimale de 0,20 % en poids d’argent est avantageuse. Une teneur maximale de 0,27% en poids d’argent est avantageuse.The presence of silver and zinc makes it possible to obtain a good compromise between the various properties sought. In particular, the presence of silver makes it possible to obtain a product in a reliable and robust manner, that is to say that the desired property compromise is reached for a wide range of tempering time, in particular a longer time range. at 5 o'clock, which is compatible with the variability inherent in an industrial manufacturing process. A minimum content of 0.20% by weight of silver is advantageous. A maximum content of 0.27% by weight of silver is advantageous.
Une teneur minimale de 0,30 % en poids de zinc est avantageuse. Une teneur maximale de 0,40% en poids de zinc est avantageuse. De préférence la teneur en Zn est comprise entre 0,30 et 0,40 % en poids.A minimum content of 0.30% by weight of zinc is advantageous. A maximum content of 0.40% by weight of zinc is advantageous. Preferably the Zn content is between 0.30 and 0.40% by weight.
Avantageusement, la somme des teneurs en Zn, Mg et Ag comprise entre 0,95 et 1,35% en poids, préférentiellement entre 1,00 et 1,30% en poids, plus préférentiellement encore entre 1,15 et 1,25% en poids. Les présents inventeurs ont constaté que le compromis optimum de propriétés recherché, notamment pour des éléments de structure d’extrados de voilure, n’était atteint que pour des valeurs spécifiques et critiques de la somme Zn, Mg et Ag.Advantageously, the sum of the contents of Zn, Mg and Ag of between 0.95 and 1.35% by weight, preferably between 1.00 and 1.30% by weight, more preferably still between 1.15 and 1.25% in weight. The present inventors have found that the optimum compromise of properties sought, in particular for structural elements of wing upper surfaces, was only reached for specific and critical values of the sum Zn, Mg and Ag.
La teneur en manganèse est comprise entre 0,05 et 0,35% en poids. Avantageusement, la teneur en Mn comprise entre 0,10 et 0,35% en poids. Dans un mode de réalisation, la teneur en manganèse est comprise entre 0,2 et 0,35% en poids et préférentiellement entre 0,25 et 0,35% en poids. Dans un autre mode de réalisation, la teneur en manganèse est comprise entre 0,1 et 0,2% en poids et préférentiellement entre 0,10 et 0,20% en poids. L’ajout de Mn permet en particulier l’obtention d’une ténacité élevée. Cependant, si la teneur en Mn est supérieure à 0,35% en poids, la durée de vie en fatigue peut être sensiblement réduite.The manganese content is between 0.05 and 0.35% by weight. Advantageously, the Mn content of between 0.10 and 0.35% by weight. In one embodiment, the manganese content is between 0.2 and 0.35% by weight and preferably between 0.25 and 0.35% by weight. In another embodiment, the manganese content is between 0.1 and 0.2% by weight and preferably between 0.10 and 0.20% by weight. The addition of Mn in particular makes it possible to obtain a high tenacity. However, if the Mn content is more than 0.35% by weight, the fatigue life can be significantly reduced.
La teneur en Zr de l’alliage est comprise entre 0,10 et 0,20% en poids. Dans un mode de réalisation avantageux, la teneur en Zr est comprise entre 0,10 et 0,15 % en poids, préférentiellement entre 0,11 et 0,14% en poids.The Zr content of the alloy is between 0.10 and 0.20% by weight. In an advantageous embodiment, the Zr content is between 0.10 and 0.15% by weight, preferably between 0.11 and 0.14% by weight.
La somme de la teneur en fer et de la teneur en silicium est au plus de 0,20 % en poids. De préférence, les teneurs en fer et en silicium sont chacune au plus de 0,08 % en poids. Dans une réalisation avantageuse de l’invention les teneurs en fer et en silicium sont au plus de 0,06 % et 0,04 % en poids, respectivement. Une teneur en fer et en silicium contrôlée et limitée contribue à l’amélioration du compromis entre résistance mécanique et tolérance aux dommages.The sum of the iron content and the silicon content is at most 0.20% by weight. Preferably, the iron and silicon contents are each at most 0.08% by weight. In an advantageous embodiment of the invention, the iron and silicon contents are at most 0.06% and 0.04% by weight, respectively. Controlled and limited iron and silicon content helps improve the trade-off between mechanical strength and damage tolerance.
L’alliage contient également au moins un élément pouvant contribuer au contrôle de la taille de grain choisi parmi Cr, Sc, Hf, V et Ti, la quantité dudit élément, s’il est choisi, étant de 0,05 à 0,3 % en poids pour Cr et pour Sc, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et pour V et de 0,01 à 0,15 % en poids pour Ti. Dans un mode de réalisation avantageux, on choisit d’ajouter entre 0,01 et 0,15 % en poids de titane. Dans un mode de réalisation préféré, la teneur en Ti est comprise entre 0,01 et 0,08% en poids, préférentiellement entre 0,02 et 0,06% en poids. Avantageusement dans les modes de réalisation dans lesquels on choisit d’ajouter du titane, on limite la teneur en Cr, Sc, V et Hf à une teneur maximale de 0,05 % en poids, ces éléments pouvant avoir un effet défavorable, notamment sur la densité et n’étant ajoutés que pour favoriser encore l’obtention d’une structure essentiellement non-recristallisée si nécessaire. D’une manière particulièrement avantageuse, le Ti est présent notamment sous la forme de particules TiC. Contre toute attente, les présents inventeurs ont constaté que, dans le cas particulier du présent alliage, la présence de particules de TiC dans le fil affinant lors de la coulée (affinage AlTiC), permet d’obtenir un produit présentant un compromis de propriétés optimisé. Avantageusement l’affinant a pour formule AlTixCy que l’on écrit aussi ATxCy où x et y sont les teneurs en Ti et C en % en poids pour 1 % en poids de Al, et x/y > 4. En particulier, l’affinage AlTiC dans l’alliage de la présente invention permet une amélioration du compromis entre la ténacité Kapp L-T et la limite d’élasticité en compression Rcp0.2 L.The alloy also contains at least one element which can contribute to controlling the grain size chosen from Cr, Sc, Hf, V and Ti, the quantity of said element, if it is chosen, being from 0.05 to 0.3 % by weight for Cr and for Sc, 0.05 to 0.5% by weight for Hf and for V and from 0.01 to 0.15% by weight for Ti. In an advantageous embodiment, it is chosen to add between 0.01 and 0.15% by weight of titanium. In a preferred embodiment, the Ti content is between 0.01 and 0.08% by weight, preferably between 0.02 and 0.06% by weight. Advantageously in the embodiments in which it is chosen to add titanium, the content of Cr, Sc, V and Hf is limited to a maximum content of 0.05% by weight, these elements being able to have an unfavorable effect, in particular on the density and being added only to further favor the obtaining of an essentially non-recrystallized structure if necessary. In a particularly advantageous manner, Ti is present in particular in the form of TiC particles. Against all expectations, the present inventors have found that, in the particular case of the present alloy, the presence of TiC particles in the refining wire during casting (AlTiC refining), makes it possible to obtain a product having an optimized compromise in properties. . Advantageously, the refining has the formula AlTi x C y which is also written AT x C y where x and y are the contents of Ti and C in% by weight for 1% by weight of Al, and x / y> 4 In particular, the AlTiC refining in the alloy of the present invention allows an improvement in the compromise between the toughness K app LT and the elasticity limit in compression Rcp0.2 L.
Il est possible de sélectionner la teneur des éléments d’alliage pour minimiser la densité. De préférence, les éléments d’additions contribuant à augmenter la densité tels que Cu, Zn, Mn et Ag sont minimisés et les éléments contribuant à diminuer la densité tels que Li et Mg sont maximisés de façon à atteindre une densité inférieure ou égale à 2.73 g/cm3 et de préférence inférieure ou égale à 2.72 g/cm3.It is possible to select the content of the alloying elements to minimize the density. Preferably, the elements of addition contributing to increase the density such as Cu, Zn, Mn and Ag are minimized and the elements contributing to decreasing the density such as Li and Mg are maximized so as to reach a density less than or equal to 2.73 g / cm 3 and preferably less than or equal to 2.72 g / cm 3 .
La teneur des autres éléments est au plus de 0,05 % en poids chacun et 0,15% en poids au total. Les autres éléments sont typiquement des impuretés inévitables.The content of the other elements is at most 0.05% by weight each and 0.15% by weight in total. The other elements are typically unavoidable impurities.
Le procédé de fabrication des produits selon l’invention comprend les étapes d’élaboration, coulée, homogénéisation, déformation à chaud, mise en solution et trempe, traction entre 2 et 16% et revenu.The process for manufacturing the products according to the invention includes the stages of preparation, casting, homogenization, hot deformation, dissolution and quenching, traction between 2 and 16% and tempering.
Dans une première étape, on élabore un bain de métal liquide de façon à obtenir un alliage d’aluminium de composition selon l’invention.In a first step, a liquid metal bath is developed so as to obtain an aluminum alloy of composition according to the invention.
Le bain de métal liquide est ensuite coulé sous forme de forme brute, préférentiellement sous forme de plaque de laminage ou de billette de filage.The bath of liquid metal is then poured in the raw form, preferably in the form of a rolling plate or a spinning billet.
La forme brute est ensuite homogénéisée de façon à atteindre une température comprise entre 450°C et 550° et de préférence entre 480 °C et 530°C pendant une durée comprise entre 5 et 60 heures. Le traitement d’homogénéisation peut être réalisé en un ou plusieurs paliers. Après homogénéisation, la forme brute est en général refroidie jusqu’à température ambiante avant d’être préchauffée en vue d’être déformée à chaud. La déformation à chaud peut notamment être une extrusion ou un laminage à chaud. De manière préférée, il s’agit d’une étape de laminage à chaud. Le laminage à chaud est réalisé jusqu’à une épaisseur comprise de préférence entre 8 et 50 mm et de manière préférée entre 15 et 40 mm.The raw form is then homogenized so as to reach a temperature between 450 ° C and 550 ° and preferably between 480 ° C and 530 ° C for a period between 5 and 60 hours. The homogenization treatment can be carried out in one or more stages. After homogenization, the raw form is generally cooled to room temperature before being preheated in order to be deformed when hot. The hot deformation can in particular be an extrusion or a hot rolling. Preferably, this is a hot rolling step. Hot rolling is carried out up to a thickness preferably between 8 and 50 mm and preferably between 15 and 40 mm.
Le produit ainsi obtenu est ensuite mis en solution par traitement thermique permettant d’atteindre une température comprise entre 490 et 530 °C pendant 15 min à 8 h, puis trempé typiquement avec de l’eau à température ambiante.The product thus obtained is then dissolved by heat treatment to reach a temperature between 490 and 530 ° C for 15 min to 8 h, then typically quenched with water at room temperature.
Le produit subit ensuite une déformation à froid avec une déformation de 2 à 16 %. Il peut s’agir d’une traction contrôlée avec une déformation permanente de 2 à 5%, préférentiellement de 2,0% à 4,0%. Dans un mode de réalisation avantageux alternatif, la déformation à froid est réalisée en deux étapes : le produit est tout d’abord laminé à froid avec un taux de réduction d’épaisseur compris entre 8 à 12% puis ultérieurement tractionné de façon contrôlée avec une déformation permanente comprise entre 0,5 et 4%.The product then undergoes a cold deformation with a deformation of 2 to 16%. It can be a controlled traction with a permanent deformation of 2 to 5%, preferably from 2.0% to 4.0%. In an alternative advantageous embodiment, the cold deformation is carried out in two stages: the product is first cold rolled with a thickness reduction rate of between 8 to 12% and then subsequently towed in a controlled manner with a permanent deformation between 0.5 and 4%.
Le produit est ensuite soumis à une étape de revenu réalisée par chauffage à une température comprise entre 130 et 170°C et de préférence entre 140 et 160°C pendant 5 à 100 heures et de préférence de 10 à 70h.The product is then subjected to a tempering step carried out by heating at a temperature between 130 and 170 ° C and preferably between 140 and 160 ° C for 5 to 100 hours and preferably from 10 to 70 hours.
Les présents inventeurs ont constaté que, de manière surprenante, les teneurs spécifiques et critiques de l’alliage de la présente invention permettent d’atteindre d’excellentes propriétés, notamment un compromis entre la limite d’élasticité en compression Rcpo,2(L) et de ténacité en contraintes planes Kapp particulièrement amélioré. Avantageusement, ces propriétés peuvent être obtenues, pour les alliages de l’invention, quel que soit le temps de revenu entre 15h et 25h à 155°C, ce qui garantit une robustesse du procédé de fabrication.The present inventors have found that, surprisingly, the specific and critical contents of the alloy of the present invention make it possible to achieve excellent properties, in particular a compromise between the elasticity limit in compression Rc p o, 2 ( L) and of toughness in plane stresses Kapp particularly improved. Advantageously, these properties can be obtained, for the alloys of the invention, whatever the tempering time between 15 h and 25 h at 155 ° C., which guarantees a robustness of the manufacturing process.
Avantageusement, la structure granulaire des produits obtenus est majoritairement nonrecristallisée. Le taux de structure granulaire non-recristallisé à mi-épaisseur est de préférence d’au moins 70% et préférentiellement d’au moins 80%.Advantageously, the granular structure of the products obtained is mainly non-recrystallized. The rate of non-recrystallized granular structure at mid-thickness is preferably at least 70% and preferably at least 80%.
Les produits obtenus par le procédé selon l’invention, en particulier les produits laminés ayant une épaisseur comprise entre 8 et 50 mm, à mi-épaisseur présentent les caractéristiques suivantes :The products obtained by the process according to the invention, in particular laminated products having a thickness of between 8 and 50 mm, at mid-thickness have the following characteristics:
i) une limite d’élasticité en compression Rcpo,2(L) > 590 MPa, de préférence Rcpo,2(L) > 595 MPa, avec Rcpo,2(L) la limite d’élasticité en compression mesurée à 0,2% de compression selon la norme ASTM E9 (2018) dans la direction longitudinale;i) a limit of elasticity in compression Rc p o, 2 (L)> 590 MPa, preferably Rc p o, 2 (L)> 595 MPa, with Rc p o, 2 (L) the elastic limit in compression measured at 0.2% compression according to standard ASTM E9 (2018) in the longitudinal direction;
ii) une ténacité Kapp (L-T) > 60 MPa^m, de préférence Kapp (L-T) > 75 MPa^m, avec Kapp (L-T) la valeur du facteur d’intensité de contrainte apparent à la rupture définie selon la norme ASTM E561 (2015) mesurée sur des éprouvettes CCT de largeur W=406 mm et d’épaisseur B = 6,35 mm;ii) a toughness K app (LT)> 60 MPa ^ m, preferably K app (LT)> 75 MPa ^ m, with Kapp (LT) the value of the stress intensity factor apparent at break defined according to the standard ASTM E561 (2015) measured on CCT test pieces of width W = 406 mm and thickness B = 6.35 mm;
iii) une différence entre la limite d’élasticité en traction Rpo,2(L) et la limite d’élasticité en compression Rcpo,2(L), Rpo,2(L) - Rcpo,2(L), inférieure ou égale à 10 MPa, de préférence < 5 MPa.iii) a difference between the elastic limit in tension R p o, 2 (L) and the elastic limit in compression Rc p o, 2 (L), R p o, 2 (L) - Rc p o, 2 (L), less than or equal to 10 MPa, preferably <5 MPa.
Avantageusement, les caractéristiques i ) et ii) sont obtenues pour une plage large de temps de revenu, notamment une plage d’au moins 5h à une température de revenu donnée. Une telle composition permet ainsi de garantir la robustesse du procédé de fabrication et donc de garantir les propriétés finales du produit lors d’une fabrication industrielle.Advantageously, the characteristics i) and ii) are obtained for a wide range of tempering times, in particular a range of at least 5 hours at a given tempering temperature. Such a composition thus makes it possible to guarantee the robustness of the manufacturing process and therefore to guarantee the final properties of the product during industrial manufacture.
Dans un mode de réalisation avantageux, la ténacité est telle que Kapp (L-T) > -0,48 Rcpo,2(L) + 355,2, avec Kapp (L-T) exprimé en MPa^m, la valeur du facteur d’intensité de contrainte apparent à la rupture définie selon la norme ASTM E561 (2015) mesurée sur des éprouvettes CCT de largeur W=406 mm et d’épaisseur B = 6,35 mm, et Rcpo,2(L) exprimé en MPa, la limite d’élasticité en compression mesurée à 0,2% de compression selon la norme ASTM E9 (2018).In an advantageous embodiment, the toughness is such that K app (LT)> -0.48 Rc p o, 2 (L) + 355.2, with Kapp (LT) expressed in MPa ^ m, the value of the factor of apparent stress intensity at break defined according to standard ASTM E561 (2015) measured on CCT test pieces of width W = 406 mm and thickness B = 6.35 mm, and Rc p o, 2 (L) expressed in MPa, the compressive elasticity limit measured at 0.2% compression according to standard ASTM E9 (2018).
Les produits en alliage selon l’invention permettent en particulier la fabrication d’éléments de structure, notamment d’éléments de structure d’avion. Dans un mode de réalisation avantageux, l’élément de structure d’avion préféré est un élément extrados d’aile d’avion.The alloy products according to the invention make it possible in particular to manufacture structural elements, in particular aircraft structural elements. In an advantageous embodiment, the preferred aircraft structure element is an aircraft wing upper surface element.
Ces aspects, ainsi que d’autres de l’invention sont expliqués plus en détails à l’aide des exemples illustratifs et non limitatifs suivants.These and other aspects of the invention are explained in more detail with the aid of the following illustrative and nonlimiting examples.
ExemplesExamples
Exemple 1.Example 1.
Dans cet exemple, des plaques de section 406 x 1520 mm en alliage dont la composition est donnée dans le tableau 1 ont été coulées.In this example, 406 x 1520 mm section plates of alloy, the composition of which is given in table 1, were cast.
Tableau 1. Composition en % en poids des alliages n°l à 8Table 1. Composition in% by weight of alloys n ° l to 8
Pour chaque composition, la plaque a été homogénéisée avec un 1er palier de 15h à 500°C, suivi d’un second palier de 20h à 510°C. La plaque a été laminée à chaud à une température supérieure à 440 °C pour obtenir des tôles d’épaisseur 25 mm pour les alliages 2 à 8 et 28 mm pour l’alliage 1. Les tôles ont été mises en solution à environ 510 °C pendant 3h, 5 trempées avec de l’eau à 20 °C. Les tôles ont ensuite été tractionnées avec un allongement permanent compris entre 2% et 6%.For each composition, the plate was homogenized with a 1st level of 3 p.m. at 500 ° C, followed by a second level of 20 h at 510 ° C. The plate was hot rolled at a temperature above 440 ° C to obtain sheets 25 mm thick for alloys 2 to 8 and 28 mm for alloy 1. The sheets were dissolved at around 510 ° C for 3h, 5 soaked with water at 20 ° C. The sheets were then drawn with a permanent elongation of between 2% and 6%.
Les tôles ont subi un revenu mono palier tel qu’indiqué dans le tableau 2. Des échantillons ont été prélevés à mi-épaisseur pour mesurer les caractéristiques mécaniques statiques en 10 traction et en compression dans la direction longitudinale. La ténacité en contrainte plane a également été mesurée à mi-épaisseur lors d’essais de courbe R avec des éprouvettes CCT de largeur 406 mm et d’épaisseur 6.35 mm dans la direction L-T. Les résultats sont présentés dans le tableau 2 et à la figure 1.The sheets were subjected to a single-bearing tempering as indicated in table 2. Samples were taken at mid-thickness to measure the static mechanical characteristics in tension and in compression in the longitudinal direction. Tenacity under plane stress was also measured at mid-thickness during tests of curve R with CCT specimens of width 406 mm and thickness 6.35 mm in the direction L-T. The results are presented in Table 2 and in Figure 1.
La structure des tôles obtenues était majoritairement non-recristallisée. Le taux de structure granulaire non-recristallisée à mi-épaisseur était de 90%.The structure of the sheets obtained was mainly non-recrystallized. The rate of non-recrystallized granular structure at mid-thickness was 90%.
Tableau 2. Conditions de traction contrôlée et de revenu et propriétés mécaniques obtenues pour les différentes tôles à mi-épaisseur.Table 2. Conditions of controlled traction and tempering and mechanical properties obtained for the various mid-thickness sheets.
Exemple 2Example 2
Dans cet exemple, outre la plaque en alliage 2 de l’exemple 1, une plaque de section 406 x 1520 mm dont la composition est donnée dans le tableau 3 a été coulée.In this example, in addition to the alloy plate 2 of example 1, a plate of section 406 x 1520 mm, the composition of which is given in table 3, was cast.
Tableau 3, Composition en % en poids des alliages 2 et 10,Table 3, Composition in% by weight of alloys 2 and 10,
Les plaques ont été homogénéisées à environ 510 °C puis scalpées. Après homogénéisation, les plaques ont été laminées à chaud pour obtenir des tôles ayant une épaisseur de 25 mm. Les tôles ont été mises en solution 3h à environ 510 °C, trempées à l’eau froide et tractionnées avec un allongement permanent de 3%.The plates were homogenized at around 510 ° C and then scalped. After homogenization, the plates were hot rolled to obtain sheets having a thickness of 25 mm. The sheets were placed in solution for 3 hours at approximately 510 ° C., quenched in cold water and pulled with a permanent elongation of 3%.
La structure des tôle obtenues était majoritairement non-recristallisée. Le taux de structure granulaire non-recristallisé à mi-épaisseur était de 90%.The structure of the sheets obtained was mainly non-recrystallized. The rate of non-recrystallized granular structure at mid-thickness was 90%.
Les tôles ont subi un revenu compris entre 15 h et 50 h à 155 °C. Des échantillons ont été prélevés à mi-épaisseur pour mesurer les caractéristiques mécaniques statiques en traction, en compression dans la direction longitudinale ainsi que la ténacité Kq dans la direction L-T. Les éprouvettes utilisées pour la mesure de ténacité avaient une largeur W=40 mm et une épaisseur B = 20 mm. Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau 4 et les figures 2 et 3.The sheets underwent an income between 3 p.m. and 50 a.m. at 155 ° C. Samples were taken at mid-thickness to measure the static mechanical characteristics in tension, in compression in the longitudinal direction as well as the toughness Kq in the L-T direction. The test pieces used for the toughness measurement had a width W = 40 mm and a thickness B = 20 mm. The results obtained are presented in Table 4 and Figures 2 and 3.
Tableau 4 : Conditions de revenu et propriétés mécaniques obtenues pour les tôles 2 etlO.Table 4: Tempering conditions and mechanical properties obtained for sheets 2 and 10.
Exemple 3Example 3
Dans cet exemple, outre la plaque en alliage 2 de l’exemple 1, une plaque de sectionIn this example, in addition to the alloy plate 2 of Example 1, a section plate
406 x 1700 mm dont la composition est donnée dans le tableau 3 a été coulée en utilisant un affinage AlTiC (fil affinant contenant des germes de type TiC).406 x 1,700 mm, the composition of which is given in table 3, was cast using AlTiC refining (refining wire containing TiC type germs).
Tableau 5. Composition en % en poids des alliages 2 et 9.Table 5. Composition in% by weight of alloys 2 and 9.
Les plaques ont été homogénéisées à environ 510 °C puis scalpées. Après homogénéisation, les plaques ont été laminées à chaud pour obtenir des tôles ayant une épaisseur de 25mm. Les tôles ont été mises en solution 3h à environ 510°C, trempées à l’eau froide et tractionnées avec un allongement permanent de 3%.The plates were homogenized at around 510 ° C and then scalped. After homogenization, the plates were hot rolled to obtain sheets having a thickness of 25mm. The sheets were placed in solution for 3 hours at approximately 510 ° C., quenched in cold water and drawn up with a permanent elongation of 3%.
Les tôles ont subi un revenu compris entre 15 h et 25 h à 155 °C. Des échantillons ont été prélevés à mi-épaisseur pour mesurer les caractéristiques mécaniques statiques en traction, en compression dans la direction longitudinale ainsi que la ténacité Kq dans la direction LT. Les éprouvettes utilisées pour la mesure de ténacité avaient une largeur W=40 mm et une épaisseur B = 20 mm. Les critères de validité de Kæ ont été remplis pour certains échantillons. Des mesures de ténacité en contraintes planes ont également été obtenues sur 5 des échantillons CCT de largeur 406 mm et d’épaisseur 6.35 mm. Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau 6 et à la figure 4.The sheets underwent tempering between 3 p.m. and 10 p.m. at 155 ° C. Samples were taken at mid-thickness to measure the static mechanical characteristics in tension, in compression in the longitudinal direction as well as the toughness Kq in the direction LT. The test pieces used for the toughness measurement had a width W = 40 mm and a thickness B = 20 mm. Kæ's validity criteria have been met for some samples. Tenacity measurements under plane stresses were also obtained on 5 of the CCT samples 406 mm wide and 6.35 mm thick. The results obtained are presented in Table 6 and in Figure 4.
Tableau 6 : Conditions de revenu et propriétés mécaniques obtenues pour les tôles 2 et 9 à mi-épaisseurTable 6: Tempering conditions and mechanical properties obtained for sheets 2 and 9 at mid-thickness
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