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Patent 2743353 Summary

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Claims and Abstract availability

Any discrepancies in the text and image of the Claims and Abstract are due to differing posting times. Text of the Claims and Abstract are posted:

  • At the time the application is open to public inspection;
  • At the time of issue of the patent (grant).
(12) Patent: (11) CA 2743353
(54) English Title: PRODUCTS MADE OF AN ALUMINIUM-COPPER-LITHIUM ALLOY
(54) French Title: PRODUITS EN ALLIAGE ALUMINIUM-CUIVRE-LITHIUM
Status: Granted
Bibliographic Data
(51) International Patent Classification (IPC):
  • C22C 21/16 (2006.01)
  • C22F 1/057 (2006.01)
(72) Inventors :
  • HEYMES, FABRICE (France)
  • EBERL, FRANK (France)
  • POUGET, GAELLE (France)
(73) Owners :
  • CONSTELLIUM ISSOIRE (France)
(71) Applicants :
  • ALCAN RHENALU (France)
(74) Agent: NORTON ROSE FULBRIGHT CANADA LLP/S.E.N.C.R.L., S.R.L.
(74) Associate agent:
(45) Issued: 2017-04-11
(86) PCT Filing Date: 2009-11-10
(87) Open to Public Inspection: 2010-05-20
Examination requested: 2014-10-23
Availability of licence: N/A
(25) Language of filing: French

Patent Cooperation Treaty (PCT): Yes
(86) PCT Filing Number: PCT/FR2009/001299
(87) International Publication Number: WO2010/055225
(85) National Entry: 2011-05-10

(30) Application Priority Data:
Application No. Country/Territory Date
08/6339 France 2008-11-14
61/114,493 United States of America 2008-11-14

Abstracts

English Abstract

The invention relates to a process for manufacturing an extruded, rolled and/or forged product based on an aluminium alloy in which: a bath of liquid metal is produced that comprises 2.0 to 3.5 wt% Cu, 1.4 to 1.8 wt% Li, 0.1 to 0.5 wt% Ag, 0.1 to 1.0 wt% Mg, 0.05 to 0.18 wt% Zr, 0.2 to 0.6 wt% Mn and at least one element chosen from Cr, Sc, Hf and Ti, the amount of said element, if it is chosen, being 0.05 to 0.3 wt% in the case of Cr and Sc, 0.05 to 0.5 wt% in the case of Hf and 0.01 to 0.15 wt% in the case of Ti, the balance being aluminium and inevitable impurities; an unwrought product is cast from the liquid metal bath and said unwrought product is homogenized at a temperature between 515°C and 525°C so that the time equivalent to 520°C for the homogenization is between 5 and 20 hours. The products obtained by the process according to the invention represent a particularly advantageous compromise between static mechanical strength and damage tolerance and are useful in particular in the aeronautical construction field.


French Abstract








L'invention concerne un procédé de fabrication d'un produit filé, laminé et/ou
forgé à base d'alliage d'aluminium dans lequel : on
élabore un bain de métal liquide comprenant 2,0 à 3,5 % en poids de Cu, 1,4 à
1,8 % en poids de Li, 0,1 à 0,5 % en poids d'Ag, 0,
1 à 1,0 % en poids de Mg, 0,05 à 0,18 % en poids de Zr, 0,2 à 0,6 % en poids
de Mn et au moins un élément choisi parmi Cr, Sc,
Hf et Ti, la quantité de l'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 de 0,01 à 0, 15 % en poids pour Ti, le reste étant de l'aluminium et des
impuretés inévitables; on coule une forme brute à partir
du bain de métal liquide et on homogénéise ladite forme brute à une
température comprise entre 515 °C et 525°C de façon à ce
que le temps équivalent à 520 °C pour l'homogénéisation soit compris
entre 5 et 20 heures. Les produits obtenus par le procédé
selon l'invention présentent un compromis entre résistance mécanique statique
et tolérance aux dommages particulièrement
avantageux et sont utiles en particulier dans le domaine de la construction
aéronautique.

Claims

Note: Claims are shown in the official language in which they were submitted.


REVENDICATIONS :
1. Procédé de fabrication d'un produit filé, laminé et/ou forgé à base
d'alliage
d'aluminium dans lequel :
a) on élabore un bain de métal liquide comprenant 2,0 à 3,1% en poids de
Cu, 1,4 à 1,8% en poids de Li, 0,1 à 0,5% en poids d'Ag, 0,1 à 1,0% en poids
de
Mg, 0,05 à 0,18% en poids de Zr, 0,2 à 0,6% en poids de Mn et au moins un
élément choisi parmi Cr, Sc, Hf 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
de 0,01 à 0,15% en poids pour Ti,
le reste étant de l'aluminium et des impuretés inévitables, la composition
étant
ajustée de façon à obtenir une densité à température ambiante inférieure à
2,67
g/cm3;
b) on coule une forme brute à partir dudit bain de métal liquide;
c) on homogénéise ladite forme brute à une température comprise entre
515°C et 525°C de façon à ce que le temps équivalent pour
l'homogénéisation
Image
soit compris entre 5 et 20 heures, où T (en Kelvin) est la température
instantanée
de traitement, qui évolue avec le temps .tau. (en heures), et T ref est une
température
de référence fixée à 793 K;
d) on déforme à chaud et optionnellement à froid ladite forme brute en un
produit filé, laminé et/ou forgé;
e) on met en solution et on trempe ledit produit;
f) on tractionne de façon contrôlée ledit produit avec une déformation
permanente de 1 à 5%;

24

g) on réalise un revenu dudit produit par chauffage à 140 à
170°C pendant 5
à 70 heures de façon à ce que ledit produit ait une limite d'élasticité
conventionnelle mesurée à 0,2% d'allongement d'au moins 440 MPa.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la déformation permanente
à l'étape
f) est d'au moins 2%.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la limite
d'élasticité
conventionnelle mesurée à 0.2% d'allongement dans l'étape g) est d'au moins
460 MPa.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la
teneur en
cuivre dudit bain de métal liquide est d'au moins 2,5% en poids.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la teneur en cuivre est
d'au moins
2,7% en poids.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la
teneur en
lithium dudit bain de métal liquide est comprise entre 1,42 et 1,77% en poids.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la
teneur en
argent dudit bain de métal liquide est comprise entre 0,15 et 0,35% en poids.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la
teneur en
magnésium dudit bain de métal liquide est inférieure à 0,4% en poids.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la
teneur en
manganèse dudit bain de métal liquide est au plus de 0,35% en poids.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel
lesdites
impuretés inévitables comprennent le fer et le silicium, ces impuretés ayant
une teneur
inférieure à 0,08% en poids et 0,06% en poids pour le fer et le silicium,
respectivement,
les autres impuretés ayant une teneur inférieure à 0,05% en poids chacune et
0,15% en
poids au total.


11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel
ledit temps
équivalent pour l'homogénéisation est compris entre 6 et 15 heures.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel
la
température d'homogénéisation est d'environ 520°C et la durée de
traitement est
comprise entre 8 et 20 heures.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel
ledit
revenu est réalisé par chauffage à 148 à 155°C pendant 10 à 40 heures.
14. Produit filé an alliage d'aluminium de densité inférieure à 2,67 g/cm3
obtenu par
le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce
que :
(a) sa limite d'élasticité conventionnelle mesurée à 0,2% d'allongement
dans
le sens L R p0,2(L) exprimée en MPa et sa ténacité K Q(L-T), dans le sens L-T
exprimée en MPa .sqroot. m sont telles que K Q(L-T) > 129 ¨ 0,17 R p0,2(L);
et/ou
(b) sa résistance à la rupture dans le sens L R m(L) exprimée en MPa et sa
ténacité K Q(L-T), dans le sens L-T exprimée en MPa .sqroot.m sont telles que
K Q(L-T) > 179 ¨ 0,25 R m(L), et/ou
(c) sa résistance à la rupture dans le sens TL R m(TL) exprimée en MPa et
sa
ténacité K Q(L-T), dans le sens L-T exprimée en MPa.sqroot.m sont telles que
K Q(L-T) > 88 ¨ 0,09 R m(TL), et/ou
(d) sa limite d'élasticité conventionnelle mesurée à 0,2% d'allongement
dans
le sens L R p0,2(L) est d'au moins 490 MPa et sa contrainte maximale pour
l'initiation des fissures de fatigues pour un nombre de cycles à rupture de 10
5 est
supérieure à 210 MPa pour des éprouvettes de Kt = 2,3, avec R = 0,1.
15. Produit selon la revendication 14, dans lequel la limite d'élasticité
conventionnelle mesurée à 0.2% d'allongement dans le sens L R 0,2(L) est d'au
moins
500 MPa.

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16. Produit filé selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que sa
ténacité
K Q(L-T) est d'au moins 52 MPa.sqroot.m , sa limite d'élasticité R p0,2(L) est
d'au moins 490
MPa, et en ce que sa teneur en cuivre est comprise entre 2,45 et 2,65% en
poids et sa
teneur en lithium est comprise entre 1,4 et 1,5% en poids.
17. Produit selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que sa
ténacité K Q(L-T)
est d'au moins 56 MPa .sqroot.m et sa résistance à rupture R m(L) est d'au
moins 515 MPa, et
en ce que sa teneur en cuivre est comprise entre 2,45 et 2,65% en poids et sa
teneur en
lithium est comprise entre 1,4 et 1,5% en poids.
18. Produit filé selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que sa
ténacité
K Q(L-T) est d'au moins 45 MPa .sqroot.m et sa limite d'élasticité R p0,2(L)
est d'au moins 520
MPa, et en ce que sa teneur en cuivre est comprise entre 2,65 et 2,85% en
poids et sa
teneur en lithium est comprise entre 1,5 et 1,7% en poids.
19. Produit filé selon l'une quelconque des revendications 14 à 18, dont
l'épaisseur
d'au moins un rectangle élémentaire est supérieure à 8 mm.
20. Produit selon la revendication 19, dont l'épaisseur d'au moins un
rectangle
élémentaire est supérieure à 12 mm.
21. Produit laminé en alliage d'aluminium de densité inférieure à 2,67
g/cm3 obtenu
par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé
en ce que sa
ténacité K Q(L-T), dans le sens L-T est au moins de 23 MPa.sqroot.m et sa
limite d'élasticité
conventionnelle mesurée à 0,2% d'allongement dans le sens L R p0,2(L) est au
moins
égale à 560 MPa et/ou sa résistance à la rupture dans le sens L R m(L) est au
moins égale
à 585 MPa.
22. Produit laminé selon la revendication 21, dont l'épaisseur est au moins
de 10 mm.
23. Produit selon la revendication 22, dont l'épaisseur est au moins 15 mm.
24. Élément de structure incorporant au moins un produit selon l'une
quelconque des
revendications 14 à 23, ou fabriqué à partir d'un tel produit.

27

25. Élément
de structure selon la revendication 24, comprenant au moins un produit
filé selon l'une quelconque des revendications 14 à 20, utilisé en tant que
raidisseur ou
de cadre, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la fabrication de panneaux
de fuselage ou
de voilure d'avions.
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Description

Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.



CA 02743353 2011-05-10
WO 2010/055225 PCT/FR2009/001299
Produits en alliage aluminium-cuivre-lithium

Domaine de l'invention

L'invention concerne en général les produits corroyés en alliages aluminium-
cuivre-
lithium, et plus particulièrement de tels produits sous la forme de profilés
destinés à réaliser
des raidisseurs en construction aéronautique.
Etat de la technique

Un effort de recherche continu est réalisé afin de développer des matériaux
qui puissent
simultanément réduire le poids et augmenter l'efficacité des structures
d'avions à hautes
performances. Les alliages d'aluminium contenant du lithium sont très
intéressants à cet
égard, car le lithium peut réduire la densité de l'aluminium de 3 % et
augmenter le module
d'élasticité de 6 % pour chaque pourcent en poids de lithium ajouté. Pour que
ces alliages
soient sélectionnés dans les avions, leur performance doit atteindre celle des
alliages
couramment utilisés, en particulier en terme de compromis entre les propriétés
de résistance
mécanique statique (limite élastique, résistance à la rupture) et les
propriétés de tolérance
aux dommages (ténacité, résistance à la propagation des fissures en fatigue),
ces propriétés
étant en général antinomiques. Ces alliages doivent de plus présenter une
résistance à la
corrosion suffisante, pouvoir être mis en forme selon les procédés habituels
et présenter de
faibles contraintes résiduelles de façon à pouvoir être usinés de façon
intégrale.
Le brevet US 5,032,359 décrit une vaste famille d'alliages aluminium-cuivre-
lithium dans
lesquels l'addition de magnésium et d'argent, en particulier entre 0,3 et 0,5
pourcent en
poids, permet d'augmenter la résistance mécanique. Ces alliages sont souvent
connus sous
le nom commercial Weldalite TM .


CA 02743353 2011-05-10
WO 2010/055225 PCT/FR2009/001299

Le brevet US 5,198,045 décrit une famille d'alliages Weldalite TM comprenant
(en % en
poids) (2,4-3,5)Cu, (1,35-1,8)Li, (0,25-0,65)Mg, (0,25-0,65)Ag, (0,08-0,25)
Zr. Les
produits corroyés fabriqués avec ces alliages combinent une densité inférieure
à 2,64 g/cm3
et un compromis entre la résistance mécanique et la ténacité intéressant.
Le brevet US 7,229,509 décrit une famille d'alliages Weldalite TM comprenant
(en % en
poids) (2,5-5,5)Cu, (0,1-2,5) Li, (0,2-1,0) Mg, (0,2-0,8) Ag, (0,2-0,8) Mn,
(jusque 0,4) Zr
ou d'autres affinants tels que Cr, Ti, Hf, Sc et V. Les exemples présentés ont
un compromis
entre la résistance mécanique et la ténacité amélioré mais leur densité est
supérieure à 2,7
g/cm3.

La demande de brevet W02007/080267 décrit un alliage Weldalite TM ne contenant
pas de
zirconium destiné à des tôles de fuselage comprenant (en % en poids) (2,1-
2,8)Cu, (1,1-1,7)
Li, (0,2-0,6) Mg, (0,1-0,8) Ag, (0,2-0,6) Mn.
Le brevet EP1891247 décrit un alliage Weldalite TM peu chargé en éléments
d'alliage et
destiné également à la fabrication de tôles de fuselage comprenant (en % en
poids) (2,7-
3,4)Cu, (0,8-1,4) Li, (0,2-0,6) Mg, (0,1-0,8) Ag et au moins un élément choisi
parmi Zr,
Mn, Cr, Sc, Hf, Ti.
La demande de brevet W02006/131627 décrit un alliage destiné à des tôles de
fuselage
comprenant (en % en poids) (2,7-3,4)Cu, (0,8-1,4) Li, (0,2-0,6) Mg, (0,1-0,8)
Ag et au
moins un élément parmi Zr, Mn, Cr, Sc, Hf et Ti, dans lequel les teneurs en Cu
et en Li
répondent à la condition Cu + 5/3 Li < 5,2.
Le brevet US 5,455,003 décrit procédé de production d'alliages aluminium-
cuivre-lithium
présentant des propriétés améliorées de résistance mécanique et ténacité à
température
cryogénique. Ce procédé s'applique notamment à un alliage comprenant (en % en
poids)
(2,0-6,5)Cu, (0,2-2,7) Li, (0-4,0) Mg, (0-4,0) Ag, (0-3,0) Zn.

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WO 2010/055225 PCT/FR2009/001299

On connait par ailleurs l'alliage AA2196 comprenant (en % en poids) (2,5-
3,3)Cu, (1,4-2,1)
Li, (0,25-0,8) Mg, (0,25-0,6) Ag, (0,04-0,18) Zr et au plus 0,35 Mn.

Il a été généralement admis dans ces brevets ou demandes de brevet qu'une
homogénéisation poussée, c'est-à-dire à une température d'au moins 527 C et
pour une
durée d'au moins 24 h permettait d'atteindre les propriétés optimales de
l'alliage. Dans
certains cas d'alliages peu chargés (EP1891247) ou exempts de zirconium
(W02007/080267), des conditions d'homogénéisation beaucoup moins poussées,
c'est-à-
dire à une température inférieure à 510 C, ont été utilisées.

Il existe cependant toujours un besoin concernant des produits en alliage en
AI-Cu-Li de
faible densité et de propriétés encore améliorées, particulièrement en terme
de compromis
entre la résistance mécanique d'une part, et la tolérance aux dommages, et en
particulier de
la ténacité et de la résistance à la propagation des fissures en fatigue,
d'autre part, tout en
ayant d'autres propriétés d'usage satisfaisantes, notamment la résistance à la
corrosion.
Objet de l'invention

L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un produit filé, laminé
et/ou forgé à
base d'alliage d'aluminium dans lequel :
a) on élabore un bain de métal liquide comprenant 2,0 à 3,5 % en poids de Cu,
1,4
à 1,8 % en poids de Li, 0,1 à 0,5 % en poids d'Ag, 0,1 à 1,0 % en poids de Mg,
0,05 à 0,18 % en poids de Zr, 0,2 à 0,6 % en poids de Mn et au moins un
élément choisi parmi Cr, Sc, Hf 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 de 0,01 à 0,15 % en poids pour Ti,
le reste étant de l'aluminium et des impuretés inévitables
b) on coule une forme brute à partir dudit bain de métal liquide ;
c) on homogénéise ladite forme brute à une température comprise entre 515 C
et
525 C de façon à ce que le temps équivalent pour l'homogénéisation

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WO 2010/055225 PCT/FR2009/001299
t(eq) = Jexp(-26100 / T) dt
exp(-26100 / Tree)

soit compris entre 5 et 20 heures, où T (en Kelvin) est la température
instantanée
de traitement, qui évolue avec le temps t (en heures), et TreP est une
température
de référence fixée à 793 K ;
d) on déforme à chaud et optionnellement à froid ladite forme brute en un
produit
filé, laminé et/ou forgé ;
e) on met en solution et on trempe ledit produit ;
f) on tractionne de façon contrôlée ledit produit avec une déformation
permanente
de 1 à 5 % et préférentiellement d'au moins 2% ;
g) on réalise un revenu dudit produit par chauffage à 140 à 170 C pendant 5 à
70
heures de façon à ce que ledit produit ait une limite d'élasticité
conventionnelle
mesurée à 0,2% d'allongement d'au moins 440 MPa et de préférence d'au
moins 460 MPa.

L'invention a également pour objet un produit filé, laminé et/ou forgé en
alliage
d'aluminium de densité inférieure à 2,67 g/cm3 susceptible d'être obtenu par
le procédé
selon l'invention.

Encore un autre objet de l'invention est un élément de structure incorporant
au moins un
produit selon l'invention.

Description des figures
Figure 1. Forme du profilé W de l'exemple 1. Les cotes sont indiquées en mm.
Les
échantillons utilisés pour les caractérisations mécaniques ont été prélevés
dans la zone
indiquée par les pointillés. L'épaisseur de la semelle est 16 mm.
Figure 2. Forme du profilé X de l'exemple 2. Les cotes sont indiquées en mm.
L'épaisseur
de la semelle est 26,3 mm.
Figure 3. Forme du profilé Y de l'exemple 2. Les cotes sont indiquées en mm.
L'épaisseur
de la semelle est 18 mm.

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Figure 4. Compromis entre ténacité et résistance mécanique obtenu pour les
profilés X de
l'exemple 2.
Figure 5. Compromis entre ténacité et résistance mécanique obtenu pour les
profilés Y de
l'exemple 2 ; 5a: semelle et sens long ; 5b : semelle et sens travers long.
Figure 6. Courbe de Wohler d'initiation de fissures en fatigue pour les
profilés Y de
l'exemple 2.
Figure 7. Forme du profilé Z de l'exemple 3. Les cotes sont indiquées en mm.
Les
échantillons utilisés pour les caractérisations mécaniques ont été prélevés
dans la zone
indiquée par les pointillés. L'épaisseur de la semelle est 20 mm.
Figure 8. Forme du profilé P de l'exemple 4. Les cotes sont indiquées en mm.
Figure 9. Forme du profilé Q de l'exemple 5. Les cotes sont indiquées en mrn.
Description de l'invention

Sauf mention contraire, toutes les indications concernant la composition
chimique des
alliages sont exprimées comme un pourcentage en poids basé sur le poids total
de l'alliage.
La désignation des alliages se fait en conformité avec les règlements de The
Aluminium
Association, connus de l'homme du métier. La densité dépend de la composition
et est
déterminée par calcul plutôt que par une méthode de mesure de poids. Les
valeurs sont
calculées en conformité avec la procédure de The Aluminium Association, qui
est décrite
pages 2-12 et 2.13 de Aluminum Standards and Data . Les définitions des
états
métallurgiques sont indiquées dans la norme européenne EN 515.
Sauf mention contraire, les caractéristiques mécaniques statiques, en d'autres
termes la
résistance à la rupture Rm, la limite d'élasticité conventionnelle à 0,2%
d'allongement Rp02
( limite d'élasticité ) et l'allongement à la rupture A, sont déterminées
par un essai de
traction selon la norme EN 10002-1, le prélèvement et le sens de l'essai étant
définis par la
norme EN 485-1.
Le facteur d'intensité de contrainte (KQ) est déterminé selon la norme ASTM E
399. Ainsi,
la proportion des éprouvettes définie au paragraphe 7.2.1 de cette norme est
toujours
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vérifiée de même que la procédure générale définie au paragraphe 8. La norme
ASTM E
399 donne aux paragraphes 9.1.3 et 9.1.4 des critères qui permettent de
déterminer si KQ est
une valeur valide de KIc. Ainsi, une valeur KIC est toujours une valeur KQ la
réciproque
n'étant pas vraie. Dans le cadre de l'invention, les critères des paragraphes
9.1.3 et 9.1.4 de
la norme ASTM E399 ne sont pas toujours vérifiés, cependant pour une géométrie
d'éprouvette donnée, les valeurs de KQ présentées sont toujours comparables
entre elles, la
géométrie d'éprouvette permettant d'obtenir une valeur valide de Kic n'étant
pas toujours
accessible compte tenu des contraintes liées aux dimensions des tôles ou
profilés.

Le test MASTMAASIS (Modified ASTM Acetic Acid Salt Intermittent Spray) est
effectué
selon la norme ASTM G85.
Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258 s'appliquent.
L'épaisseur des
profilés est définie selon la norme EN 2066 :2001 : la section transversale
est divisée en
rectangles élémentaires de dimensions A et B ; A étant toujours la plus grande
dimension
du rectangle élémentaire et B pouvant être considéré comme l'épaisseur du
rectangle
élémentaire. La semelle est le rectangle élémentaire présentant la plus grande
dimension A.
On appelle ici élément de structure ou élément structural d'une
construction
mécanique une pièce mécanique pour laquelle les propriétés mécaniques
statiques et/ou
dynamiques sont particulièrement importantes pour la performance de la
structure, et pour
laquelle un calcul de structure est habituellement prescrit ou réalisé. Il
s'agit typiquement
d'éléments dont la défaillance est susceptible de mettre en danger la sécurité
de ladite
construction, de ses utilisateurs, des ses usagers ou d'autrui. Pour un avion,
ces éléments de
structure comprennent notamment les éléments qui composent le fuselage (tels
que la peau
de fuselage (fuselage skin en anglais), les raidisseurs ou lisses de fuselage
(stringers), les
cloisons étanches (bulkheads), les cadres de fuselage (circumferential
frames), les ailes (tels
que la peau de voilure (wing skin), les raidisseurs (stringers ou stiffeners),
les nervures
(ribs) et longerons (spars)) et l'empennage composé notamment de
stabilisateurs
horizontaux et verticaux (horizontal or vertical stabilisers), ainsi que les
profilés de
plancher (floor beams), les rails de sièges (scat tracks) et les portes.

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Les présents inventeurs ont constaté que de manière surprenante, pour certains
alliages Al-
Cu-Li de faible densité contenant à la fois une addition d'argent, de
magnésium, de
zirconium et de manganèse, le choix de conditions d'homogénéisation
spécifiques permet
d'améliorer de façon très significative le compromis entre la résistance
mécanique et la
tolérance aux dommages.
Le procédé selon l'invention permet la fabrication d'un produit filé, laminé
et/ou forgé.
Dans une première étape, on élabore un bain de métal liquide de façon à
obtenir un alliage
d'aluminium de composition définie.
La teneur en cuivre de l'alliage pour lequel l'effet surprenant lié au choix
des conditions
d'homogénéisation est observé est comprise entre 2,0 et 3,5 % en poids, de
manière
préférée entre 2,45 ou 2,5 et 3,3% en poids. Dans un mode de réalisation
avantageux, la
teneur en cuivre est comprise entre 2,7 et 3,1 % en poids.
La teneur en lithium est comprise entre 1,4 et 1,8%. Dans un mode de
réalisation
avantageux la teneur en lithium est comprise entre 1,42 et 1,77 % en poids.
La teneur en argent est comprise entre 0,1 et 0,5% en poids. Les présents
inventeurs ont
constaté qu'une quantité importante d'argent n'est pas nécessaire pour obtenir
l'amélioration souhaitée dans le compromis entre la résistance mécanique et la
tolérance
aux dommages. Dans une réalisation avantageuse de l'invention, la teneur en
argent est
comprise entre 0,15 et 0,35 % en poids. Dans un mode de réalisation de
l'invention, qui
présente l'avantage de minimiser la densité, la teneur en argent est au plus
de 0,25 % en
poids.
La teneur en magnésium est comprise entre 0,1 et 1,0% en poids et de manière
préférée elle
est inférieure à 0,4 % en poids.
La combinaison des conditions d'homogénéisation spécifiques et de l'addition
simultanée
de zirconium et de manganèse est une caractéristique essentielle de
l'invention. La teneur
en zirconium doit être comprise entre 0,05 et 0,18 % en poids et la teneur en
manganèse
doit être comprise entre 0,2 et 0,6 % en poids. De manière préférée, la teneur
en manganèse
est au plus de 0,35% en poids.
L'alliage contient également au moins un élément pouvant contribuer au
contrôle de la
taille de grain choisi parmi Cr, Sc, Hf et Ti, la quantité de l'élément, s'il
est choisi, étant de
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0,05 à 0,3 % en poids pour Cr et pour Sc, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et de
0,01 à 0,15 %
en poids pour Ti.
Il est préférable de limiter la teneur des impuretés inévitables de l'alliage
de façon à
atteindre les propriétés de tolérance aux dommages les plus favorables. Les
impuretés
inévitables comprennent le fer et le silicium, ces impuretés ont de préférence
une teneur
inférieure à 0,08 % en poids et 0,06 % en poids pour le fer et le silicium,
respectivement,
les autres impuretés ont de préférence une teneur inférieure à 0,05 % en poids
chacune et
0,15 % en poids au total. Par ailleurs la teneur en zinc est de préférence
inférieure à 0,04 %
en poids.
De préférence, la composition est ajustée de façon à obtenir une densité à
température
ambiante inférieure à 2,67 g/cm3, de manière encore plus préférée inférieure à
2,66 g/cm3
voire dans certains cas inférieure à 2,65 g/cm3 ou même 2,64 g/cm3. La
diminution de la
densité est en général associée à une dégradation des propriétés. Dans le
cadre de
l'invention, il est possible de manière surprenante de combiner une faible
densité avec un
compromis de propriétés mécaniques très avantageux.
Le bain de métal liquide est ensuite coulé sous une forme brute, telle qu'une
billette, une
plaque de laminage ou une ébauche de forge.
La forme brute est ensuite homogénéisée à une température comprise entre 515
C et
525 C de façon à ce que le temps équivalent t(eq) à 520 C pour
l'homogénéisation soit
compris entre 5 et 20 heures et de préférence entre 6 et 15 heures. Le temps
équivalent t(eq)
à 520 C est défini par la formule :

t(eq) = J exp(-26100 / T) dt
exp(-26100 / Tref)

où T (en Kelvin) est la température instantanée de traitement, qui évolue avec
le temps t
(en heures), et Tref est une température de référence fixée à 793 K. t(eq) est
exprimé en
heures. La constante Q/R = 26100 K est dérivée de l'énergie d'activation pour
la diffusion
du Mn, Q = 217000 J/mol. La formule donnant t(eq) tient compte des phases de
chauffage
et de refroidissement. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la
température
d'homogénéisation est d'environ 520 C et la durée de traitement est comprise
entre 8 et 20
heures. Pour l'homogénéisation, les temps indiqués correspondent à des durées
pour
lesquelles le métal est effectivement à la température souhaitée.

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Dans les exemples il est montré que les conditions d'homogénéisation selon
l'invention
permettent d'améliorer de façon surprenante le compromis entre ténacité et
résistance
mécanique par rapport à des conditions dans lesquelles la combinaison de durée
et
température est plus faible ou plus élevée. Il est généralement admis par
l'homme du
métier que, en vue de minimiser la durée d'homogénéisation, il est avantageux
de réaliser
l'homogénéisation à la température la plus élevée possible permettant d'éviter
la fusion
locale de façon accélérer les processus de diffusion des éléments et de
précipitation des
dispersoïdes. Les présents inventeurs ont constaté au contraire pour la
composition d'alliage
selon l'invention, un effet favorable surprenant d'une combinaison de durée et
température
d'homogénéisation plus faible que celle selon l'art antérieur.
Après homogénéisation, la forme brute est en général refroidie jusqu'à
température
ambiante avant d'être préchauffée en vue d'être déformée à chaud. Le
préchauffage a pour
objectif d'atteindre une température de préférence comprise entre 400 et 500
C et de
manière préférée de l'ordre de 450 C permettant la déformation de la forme
brute. Le
préchauffage est typiquement de 20 heures à 520 C pour des plaques. Il est à
noter que
contrairement à l'homogénéisation, les durées et températures mentionnées pour
le
préchauffage correspondent à la durée passée dans le four et à la température
du four et non
à la température effectivement atteinte par le métal et à la durée passée à
cette température.
Pour les billettes destinées à être filées, le préchauffage par induction est
avantageux.
La déformation à chaud et optionnellement à froid est typiquement effectuée
par filage,
laminage et/ou forgeage de façon à obtenir un produit filé, laminé et/ou
forgé. Le produit
ainsi obtenu est ensuite mis en solution de préférence par traitement
thermique entre 490 et
530 C pendant 15 min à 8 h, puis trempé typiquement avec de l'eau à
température
ambiante ou préférentiellement de l'eau froide.
Le produit subit ensuite une traction contrôlée de 1 à 5 % et
préférentiellement d'au moins
2%. Dans un mode de réalisation de l'invention, on réalise un laminage à froid
avec une
réduction comprise entre 5% et 15% avant l'étape de traction contrôlée. Des
étapes connues
telles que le planage, le redressage, la mise en forme peuvent être
optionnellement réalisées
avant ou après la traction contrôlée.
Un revenu est réalisé à une température comprise entre 140 et 170 C pendant 5
à 70 h de
façon à ce que le produit ait une limite d'élasticité conventionnelle mesurée
à 0,2%
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d'allongement d'au moins 440 MPa et de préférence d'au moins 460 MPa. Les
présents
inventeurs ont constaté que de manière surprenante, la combinaison des
conditions
d'homogénéisation selon l'invention avec un revenu préféré réalisé par
chauffage à 148 à
155 C pendant 10 à 40 heures permet d'atteindre dans certains cas un niveau
de ténacité
Klc(L-T) particulièrement élevé.
Les présents inventeurs pensent que les produits obtenus par le procédé selon
l'invention
présentent une microstructure très particulière, bien qu'ils n'aient pas
encore pu la décrire
de façon précise. En particulier, la taille, la répartition et la morphologie
des dispersoïdes
contenant du manganèse semblent être remarquables pour les produits obtenus
par le
procédé selon l'invention, cependant la caractérisation complète de ses
dispersoïdes, dont la
taille est de l'ordre de 50 à 100 nm, nécessite des observations en
microscopie électronique
à un grossissement de x 30 000, quantifiées et nombreuses ce qui explique la
difficulté d'en
obtenir une description fiable.
Les produits selon l'invention ont de préférence une structure granulaire
essentiellement
non-recristallisée. Par essentiellement non-recristallisée il est entendu que
au moins 80% et
de préférence au moins 90% des grains ne sont pas recristallisés à quart et à
mi-épaisseur de
produit.
Les produits filés et en particulier les profilés filés obtenus par le procédé
selon l'invention
sont particulièrement avantageux. Les avantages du procédé selon l'invention
ont été
observés pour de profilés minces dont l'épaisseur d'au moins un rectangle
élémentaire est
comprise entre 1 mm et 8 mm et des profilés épais, cependant les profilés
épais, c'est-à-dire
dont l'épaisseur d'au moins un rectangle élémentaire est supérieure à 8 mm, et
de
préférence supérieure à 12 mm, voire 15 mm sont les plus avantageux. Le
compromis entre
la résistance mécanique statique et la ténacité ou la tenue en fatigue est
particulièrement
avantageux pour les produits filés selon l'invention.
Un produit filé en alliage d'aluminium selon l'invention a une densité
inférieure à 2,67
g/cm3, est susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'invention, et est
avantageusement caractérisé en ce que :
(a) sa limite d'élasticité conventionnelle mesurée à 0,2% d'allongement dans
le sens L
Rpo,2(L) exprimée en MPa et sa ténacité K1c(L-T), dans le sens L-T exprimée en


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MPaf sont telles que KQ(L-T) > 129- 0,17 Rpo,2(L), préférentiellement KQ(L-T)
> 132 -
0,17 RpO,2(L) et encore plus préférentiellement KQ(L-T) > 135 - 0,17 RpO,2(L)
; et/ou
(b) sa résistance à la rupture dans le sens L Rm(L) exprimée en MPa et sa
ténacité KQ(L-T),
dans le sens L-T exprimée en MPa!sont telles que KQ(L-T) > 179 - 0,25 Rm(L),
préférentiellement KQ(L-T) > 182 - 0,25 Rm(L) et encore plus
préférentiellement KQ(L-T)
> 185 - 0,25 Rm(L) ; et/ou
(c) sa résistance à la rupture dans le sens TL Rm(TL) exprimée en MPa et sa
ténacité KQ(L-
T), dans le sens L-T exprimée en MPaJ sont telles que KQ(L-T) > 88 - 0,09
Rm(TL),
préférentiellement KQ(L-T) > 90 - 0,09 Rm(TL) et encore plus
préférentiellement KQ(L-T)
> 92 - 0,09 Rm(TL) et/ou
(d) sa limite d'élasticité conventionnelle mesurée à 0,2% d'allongement dans
le sens L
RpO,2(L) d'au moins 490 MPa et de préférence d'au moins 500 MPa et sa
contrainte
maximale pour l'initiation des fissures de fatigues pour un nombre de cycles à
rupture de
105 est supérieure à 210 MPa, préférentiellement supérieure à 220 MPa et
encore plus
préférentiellement supérieure à 230 MPa pour des éprouvettes de Kt = 2,3, avec
R = 0,1.
De manière préférée, la ténacité KQ(L-T) des produits filés selon l'invention
est d'au moins
43 MPaJ .
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, permettant d'atteindre
pour des
produits filés une ténacité KQ(L-T) d'au moins 52 MPa avec une limite
d'élasticité
RpO,2(L) d'au moins 490 MPa, ou préférentiellement une ténacité KQ(L-T) d'au
moins 56

MPa/ avec une résistance à rupture Rm(L) d'au moins 515 MPa, une teneur en
cuivre
comprise entre 2,45 et 2,65 % en poids est associée à une teneur en lithium
comprise entre
1,4 et 1,5 % en poids.
Dans un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, permettant
d'atteindre pour
des produits filés une ténacité KQ(L-T) d'au moins 45 MPaJ avec une limite
d'élasticité
RpO,2(L) d'au moins 520 MPa, une teneur en cuivre comprise entre 2,65 et 2,85
% en poids
est associée à une teneur en lithium comprise entre 1,5 et 1,7 % en poids.
De manière préférée, la densité des produits filés selon l'invention est
inférieure à 2,66
g/cm3, de manière encore plus préférée inférieure à 2,65 g/cm3 voire dans
certains cas
inférieure à 2,64 g/cm3.

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Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, on réalise un revenu
permettant
d'obtenir une limite d'élasticité conventionnelle mesurée à 0,2% d'allongement
supérieure
à 520 MPa, par exemple de 30h à 152 C, la résistance à la rupture dans le
sens L R,,,(L),
exprimées en MPa et la ténacité KQ(L-T), dans le sens L-T exprimée en MPaJ
sont alors
telles Rn,(L) > 550 et KQ(L-T) > 50.
Le procédé selon l'invention permet également d'obtenir des produits laminés
avantageux.
Parmi les produits laminés, les tôles dont l'épaisseur est au moins de 10 mm
et de
préférences d'au moins 15 mm et/ou au plus 100 mm et de préférence au plus 50
mm sont
avantageuses.
Un produit laminé en alliage d'aluminium selon l'invention a une densité
inférieure à 2,67
g/cm3, est susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'invention, et est
avantageusement caractérisé en ce que sa ténacité KQ(L-T), dans le sens L-T
est au moins
de 23 MPaJ et de préférence d'au moins 25 MPaI, sa limite d'élasticité
conventionnelle mesurée à 0,2% d'allongement dans le sens L Rpo,2(L) est au
moins égale à
560 MPa et de préférence au moins égale à 570 MPa et/ou sa résistance à la
rupture dans le
sens L R,,(L) est au moins égale à 585 MPa et de préférence au moins égale à
595 MPa.
De manière préférée, la densité des produits laminés selon l'invention est
inférieure à 2,66
g/cm3, de manière encore plus préférée inférieure à 2,65 g/cm3 voire dans
certains cas
inférieure à 2,64 g/cm3.
Les produits selon l'invention peuvent de manière avantageuse être utilisés
dans des
éléments de structure, en particulier d'avion. Un élément de structure
incorporant au moins
un produit selon l'invention ou fabriqué à partir d'un tel produit est
avantageux, en
particulier pour la construction aéronautique. Un élément de structure, formé
d'au moins un
produit selon l'invention, en particulier d'un produit filé selon l'invention
utilisé en tant
que raidisseur ou de cadre, peut être utilisé avantageusement pour la
fabrication de
panneaux de fuselage ou de voilure d'avions de même que toute autre
utilisation où les
présentes propriétés pourraient être avantageuses.
Dans l'assemblage de pièces structurales, toutes les techniques connues et
possibles de
rivetage et de soudage appropriées pour des alliages en aluminium peuvent être
utilisées, si
souhaité. Les inventeurs ont trouvé que si le soudage est choisi, il peut être
préférable
d'utiliser des techniques de soudage au laser ou de soudage par friction-
malaxage.

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Les produits de l'invention n'induisent généralement aucun problème
particulier pendant
des opérations ultérieures de traitement de surface classiquement utilisées en
construction
aéronautique.
La résistance à la corrosion des produits de l'invention est généralement
élevée ; à titre
d'exemple, le résultat au test MASTMAASIS est au moins EA et de préférence P
pour les
produits selon l'invention.
Ces aspects, ainsi que d'autres de l'invention sont expliqués plus en détail à
l'aide des
exemples illustratifs et non limitant suivants.

Exemples
Exemple 1.

Dans cet exemple, plusieurs plaques en alliage AI-Cu-Li dont la composition
est
donnée dans le tableau 1 ont été coulées.
Tableau 1. Composition en % en poids et densité des alliages Al-Cu-Li utilisés
Alliage Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Zr Li Ag D/cm3é
1 0,06 0,04 2,94 0,01 0,36 0,01 0,02 0,12 1,62 0,34 2,635
2 0,04 0,05 2,83 0,33 0,36 0,02 0,02 0,11 1,59 0,38 2,641

Les plaques ont été homogénéisées selon l'art antérieur 8h à 500 C puis 24h à
527 C. Des
billettes ont été prélevées dans les plaques. Les billettes ont été
réchauffées à 450 C +I- 40
C puis filées à chaud pour obtenir des profilés W selon la Figure 1. Les
profilés ainsi
obtenus ont été mis en solution à 524 C, trempés avec de l'eau de température
inférieure à
40 C, et tractionnés avec un allongement permanent compris entre 2 et 5%. Le
revenu a
été effectué pendant 48h à 152 C. Des échantillons prélevés en fin de profilé
ont été testés
pour déterminer leurs propriétés mécaniques statiques (limite d'élasticité
Rpo,2, la résistance
à la rupture R,,,, et l'allongement à la rupture (A), diamètre des
échantillons : 10 mm) de
même que leur ténacité (KQ). La localisation des prélèvements est indiquée en
pointillés sur
la Figure 1. Les éprouvettes utilisées pour les mesures de ténacité avaient
pour
caractéristiques B=15 mm et W = 30 mm.

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Une vitesse de montée en température de 15 C/h et de 50 C/h ont été
utilisées pour
l'homogénéisation et la mise en solution, respectivement. Le temps équivalent
pour
l'homogénéisation était de 37,5 heures.
Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau 2 ci-dessous.
Tableau 2. Propriétés mécaniques des profilés obtenus à parti des alliages 1
et 2.
KQ (K1c)
Alliage Sens L Sens LT (MPa )
Rm RP0 2 A Rm RpO,2 A L-T T-L
MPa MPa (%) (MPa) MPa
1 571 533 8,7 560 508 10,4 28,5 29,0
2 556 522 7,9 550 515 8,4 37,6 35,5
Exemple 2

Dans cet exemple, on a comparé trois conditions d'homogénéisation pour deux
types de
profilés, obtenus à partir de billettes prélevées dans une plaque dont la
composition est
donnée dans le tableau 3 ci-dessous.

Tableau 3 Composition en % en poids et densité de l'alliage AI-Cu-Li utilisé.
Alliage Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Zr Li Ag Densité
3 0,03 0,04 2,72 0,31 0,31 0,02 0,03 0,10 1,61 0,34 2,637

Les billettes ont été homogénéisées soit 8h à 500 C puis 24h à 527 C
(référence A) soit
8h à 520 C (référence B) soit 8h à 500 C (référence C). La vitesse de montée
en
température était de 15 C/h pour l'homogénéisation et le temps équivalent
était de 37,5
heures pour l'homogénéisation de référence A, 9,5 heures pour
l'homogénéisation de
référence B, et de 4 heures l'homogénéisation de référence C. Après
homogénéisation, les
billettes ont été réchauffées à 450 C +/- 40 C puis filées à chaud pour
obtenir des profilés
X selon la Figure 2 ou Y selon la Figure 3. Les profilés ainsi obtenus ont été
mis en
solution à 524 +/- 2 C, trempés avec de l'eau de température inférieure à 40
C, et
tractionnés avec un allongement permanent compris entre 2 et 5%.

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Différentes conditions de revenu ont été mises en oeuvre. Des échantillons
prélevés en fin
de profilé ont été testés pour déterminer leurs propriétés mécaniques
statiques (limite
d'élasticité Rp0,2, la résistance à la rupture Rm, et l'allongement à la
rupture (A) de même
que leur ténacité (KQ). Les zones de prélèvement pour le profilé Y sont
indiquées sur la
Figure 3 : renfort (1), Renfort/semelle (2) semelle (3), les éprouvettes
utilisées pour les
mesures de ténacité avaient pour caractéristiques B=15 mm et W = 60 mm. Pour
le profilé
X, les prélèvements sont effectués sur la semelle, les éprouvettes utilisées
pour les mesures
de ténacité avaient pour caractéristiques B=20 mm et W = 76 mm. Les
échantillons
prélevés avaient un diamètre de 10 mm sauf pour le sens T-L pour lequel les
échantillons
avaient un diamètre de 6 mm.
Les résultats obtenus sur les profilés X sont donnés dans le tableau 4 ci-
dessous.
Tableau 4. Propriétés mécaniques des profilés X en alliage 3.

Sens L Sens TL K0
Revenu Homogénéisation (MPa)
Rm Rp0,2 Rm Rp0,2
MPa MPa A % MPa MPa A (%) L-T T-L
A 563 533 8,4 512 484 5,4 39,1 30,9
48H152 C B 569 541 9,8 528 500 6,6 40,7 34,2
C 565 537 7,7 507 477 6,7 37,7 28,9
A 554 522 8,8 500 470 5,2 42,5 34,1
30h152 C B 557 524 10,1 519 486 7,4 53,3 42,9
C 553 520 8,0 494 457 7,4 40,7 32,9
A 512 452 9,3 448 390 6,7 47,2 43,8
23h145 C B 515 455 10,0 479 414 12,6 47,1 58,9
C 513 454 8,3 445 377 9,0 45,6 43,2
Ces résultats sont illustrés par les Figures 4a (sens L) et 4b (sens TL). Pour
les profilés
provenant de billettes ayant été homogénéisées à 520 C, le compromis entre
résistance
mécanique et ténacité est très nettement amélioré. Dans le sens long,
l'amélioration est
particulièrement nette pour un revenu de 30 heures à 152 C.
Les résultats obtenus avec le profilé Y sont donnés dans le tableau 5 ci-
dessous.


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Tableau 5. Propriétés mécaniques des profilés Y en alliage 3.
Revenu 30h 1520C 48h152 C
Homogénéisation A B A B
R, (MPa) 527 563 538 573
sens L - Renfort RPO,2 (MPa) 500 537 516 551
A (%) 7,5 9,9 8,1 9,6
R, (M Pa) 534 580 551 590
sons e- RP0,2 (MPa) 510 559 534 572
Renfort/semelle
A (/0 )
6,6 8,6 7 7,8
Rn, (M Pa) 543 536 557 549
sens L - Semelle RPO,2 (MPa) 505 494 529 517
A (%) 7,3 9,2 7,2 9,5
Rn, (M Pa) 501 488 513 503
Sens T-L (semelle) R O,z (MPa) 456 441 472 462
A (%) 8,8 12,3 8,6 11,4
KQ (CT15 - W60) L-T 34,3 45,2 30,5 42,8
(MPaI) T-L 29,3 42,5 26,4* 37,3
* Kic
Ces résultats sont illustrés par les Figures 5a (sens L) et 5b (sens TL). Pour
les profilés
provenant de billettes ayant été homogénéisées à 520 C, le compromis entre
résistance
mécanique et ténacité est à nouveau très nettement amélioré et ce pour les
deux conditions
de revenu testées.

Des essais de fatigue ont été réalisés dans le cas du revenu de 30 h à 152 C,
sur des
éprouvettes à trou (Kt = 2,3) avec un rapport (charge minimale / charge
maximale) R = 0,1
à une fréquence de 80 Hz. Les essais ont été réalisés à l'air ambiant du
laboratoire. Ces
essais sont présentés sur le Figure 6. Pour un nombre de cycles donné,
l'augmentation de la
contrainte maximale est comprise entre 10 et 25%. La contrainte maximale pour
l'initiation
des fissures de fatigues pour un nombre de cycles à rupture de 105 est de
l'ordre de 230
MPa pour des éprouvettes de Kt = 2,3, avec R = 0,1.
Exemple 3

Dans cet exemple, on a comparé deux des conditions d'homogénéisation de
l'exemple 2
pour un autre type de profilés, obtenus à partir de billettes prélevées dans
une plaque dont
la composition est donnée dans le tableau 6 ci-dessous :

16


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Tableau 6. Composition en % en poids des alliages AI-Cu-Li utilisés

Alliage Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Zr Li Ag Densité
4 0.03 0.05 3,05 0,01 0.39 0,01 0.03 0,12 1,70 0.35 2,631
0.03 0.04 2,90 0.31 0.40 0.01 0.03 0.1 1,67 0,38 2,635

Les billettes en alliage 4 ont été homogénéisées 8h à 500 C puis 24h à 527 C
(soit
l'homogénéisation de référence A) tandis que les billettes en alliage 5 ont
été
5 homogénéisées 8h à 520 C (référence B). Après homogénéisation, les
billettes ont été
réchauffées à 450 C +/- 40 C puis filées à chaud pour obtenir des profilés Z
selon la
Figure 7. Les profilés ainsi obtenus ont été mis en solution à 524 +/- 2 C,
trempés avec de
l'eau de température inférieure à 40 C, et tractionnés avec un allongement
permanent
compris entre 2 et 5%. Les profilés ont enfin subi un revenu de 48h à 152 C.
Des
échantillons prélevés en fin de profilé ont été testés pour déterminer leurs
propriétés
mécaniques statiques (limite d'élasticité Rp0,2, la résistance à la rupture R,
et l'allongement
à la rupture (A), diamètre des échantillons : 10 mm) de même que leur ténacité
(KQ), les
éprouvettes utilisées pour les mesures de ténacité avaient pour
caractéristiques B=15 mm et
W = 60 mm. Les mesures effectuées en fin de profilé permettent manière
générale d'obtenir
les caractéristiques mécaniques les plus défavorables du profilé. La
localisation des
prélèvements est indiquée en pointillés sur la Figure 7.

Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau 7 ci-dessous. Les produits
selon
l'invention présentent des caractéristiques mécaniques légèrement supérieures
et une
ténacité améliorée de plus de 20%.

Tableau 7. Propriétés mécaniques des profilés Z en alliage 4 et 5.
Ka
Sens L (MPa) Rn, Alliage MPa MPa A L-T T -L

4 576 527 8,4 31,0 31,4
5 574 536 9,8 38,2 37,8

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Exemple 4

Dans cet exemple, une billette dont la composition est donnée dans le tableau
8 a été
coulée.

Tableau 8 Composition en % en poids et densité de l'alliage AI-Cu-Li utilisé.
Alliage Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Zr Li Ag (g/cDensité
cm)
6 0,03 0,05 3,1 0,3 0,4 0,01 0,03 0,11 1,65 0,34 2,639

Les billettes en alliage 6 ont été homogénéisées 8h à 520 C (soit
l'homogénéisation de
référence B). Après homogénéisation, les billettes ont été réchauffées à 450
C +/- 40 C
puis filées à chaud pour obtenir des profilés P selon la Figure 8. Les
profilés ainsi obtenus
ont été mis en solution, trempés avec de l'eau de température inférieure à 40
C, et
tractionnés avec un allongement permanent compris entre 2 et 5%. Les profilés
ont enfin
subi un revenu de 48h à 152 C. Des échantillons prélevés en fin de profilé
ont été testés
pour déterminer leurs propriétés mécaniques statiques (limite d'élasticité
Rp02, la résistance
à la rupture Rm, et l'allongement à la rupture A).

Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau 9 ci-dessous.
Tableau 9. Propriétés mécaniques des profilés P en alliage 6.
Sens L
Alliage Rm Rp0,2 A
MPa (MPa) /o
6 562 525 10,1

Des essais de fatigue ont été réalisés dans, sur des éprouvettes à trou (Kt =
2,3) avec
un rapport (charge minimale / charge maximale) R = 0,1 à une fréquence de 80
Hz. Les
essais ont été réalisés à l'air ambiant du laboratoire. Les résultats de ces
essais sont donnés
dans le Tableau 10.


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Tableau 10. Résultats des essais de fatigue S/N pour les profilés en alliage 6
Charge maximale [MPa] Cycles
MPa N
300 22 120
280 31 287
260 46 696
240 53 462
220 87 648
200 113 583
180 132 003
170 203 112
160 232 743
150 177 733
140 5 113 237
130 9 338 654
Exemple 5
Dans cet exemple, une billette dont la composition est donnée dans le tableau
11 a
été coulée.

Tableau 11 Composition en % en poids et densité de l'alliage Al-Cu-Li utilisé.
Alliage Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Zr Li Ag Densité
7 0,03 0,05 3,1 0,3 0,4 0,01 0,04 0,10 1,71 0,36 2,636
Les billettes en alliage 7 ont été homogénéisées 8h à 520 C (soit
l'homogénéisation de
référence B). Après homogénéisation, les billettes ont été réchauffées à 450
C +/- 40 C
puis filées à chaud pour obtenir des profilés Q selon la Figure 9. Les
profilés ainsi obtenus
ont été mis en solution, trempés avec de l'eau de température inférieure à 40
C, et
tractionnés avec un allongement permanent compris entre 2 et 5%. Les profilés
ont enfin
subi un revenu de 48h à 152 C. Des échantillons prélevés en fin de profilé
ont été testés
pour déterminer leurs propriétés mécaniques statiques (limite d'élasticité
RP0,2, la résistance
à la rupture Rm, et l'allongement à la rupture A).

Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau 12 ci-dessous.
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Tableau 12. Propriétés mécaniques des profilés Q en alliage 7.
Alliage Sens L
R,,, RPO,2 A
(MPa) (MPa) (%)
7 561 521 8,5

Des essais de fatigue ont été réalisés dans, sur des éprouvettes à trou (Kt =
2,3) avec
un rapport (charge minimale / charge maximale) R = 0,1 à une fréquence de 80
Hz. Les
essais ont été réalisés à l'air ambiant du laboratoire. Les résultats de ces
essais sont donnés
dans le Tableau 13.

Tableau 13. Résultats des essais de fatigue S/N pour les profilés en alliage
7.
Charge maximale [MPa] Cycles
MPa N
300 22165
280 32 214
260 47536
240 59 094
220 103 407
200 251 771
190 254 842
180 6 508 197
160 6 130 947
130 9 383 980

Exemple 6

Dans cet exemple, une plaque dont la composition est donnée dans le tableau 14
a
été coulée.

Tableau 14 Composition en % en poids et densité de l'alliage AI-Cu-Li utilisé.
Alliage Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Zr Li Ag Densité

8 0,03 0,06 3,1 0,3 0,4 0,01 0,03 0,11 1,77 0,36 2,631

La plaque a été scalpée puis homogénéisée à 520 +/- 5 C pendant 8 h (soit
l'homogénéisation de référence B). Après homogénéisation, la plaque a été
laminée à chaud
pour obtenir des tôles ayant une épaisseur de 25 mm. Les tôles ont été mises
en solution à
524 +/- 2 C, trempées à l'eau froide et tractionnées avec un allongement
permanent


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compris entre 2 et 5%. Des échantillons de diamètre 10 mm prélevés dans
certaines de ces
tôles ont ensuite subi un revenu d'une durée comprise entre 20h et 50h à 155
C. Ces
échantillons ont été testés pour déterminer leurs propriétés mécaniques
statiques (limite
d'élasticité Rp0,2, la résistance à la rupture Rm, et l'allongement à la
rupture (A)) de même
que leur ténacité (KQ), avec des éprouvettes de géométrie B = 15 mm, W = 30
mm. Les
résultats obtenus sont donnés dans le tableau 15 ci-dessous.

Tableau 15 Propriétés mécaniques des tôles en alliage 8 ayant subi un revenu
en
laboratoire.

KQ
Alliage Traction Durée du revenu à 155 C RR, L RpO,2 L L-T
(M Pa) (M Pa) (MPa/)
20 557 504 33,9
8 2,5 % 30 579 538 28,6
40 586 550 25,4
50 589 555 25,8-
20 577 543 30,5
8 4,4 % 30 589 562 27,2
40 594 566 23,8-
50 597 571 23,7
*Kic
Les tôles ont subi un revenu industriel de 48 h à 152 C. Les résultats des
essais
mécaniques (prélèvement à mi-épaisseur) effectués sur les tôles ainsi obtenues
sont donnés
dans le Tableau 16.

Tableau 16 Propriétés mécaniques des tôles en alliage 8 ayant subi un revenu
industriel
R L RpO,2 A% R TL RpO,2 A% R , Rp 2 A% Ka L-T KQ T-L
Traction (MPa) L L (MPa) TL TL 45 450 450 (MPa m
MPa MPa MPa MPa (MPa)
2,5 594 559 6 568 523 6 522 466 9 26,2 25,1
4 600 571 6 575 537 6 526 476 10 25,3 24,7
Exemple 7

Dans cet exemple, on a utilisé les conditions d'homogénéisation selon
l'invention pour
deux types de profilés, obtenus à partir de billettes en deux alliages
différents dont la
composition est donnée dans le tableau 17 ci-dessous.

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Tableau 17 Composition en % en poids et densité de l'alliage AI-Cu-Li utilisé.

Alliage Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Zr Li Ag Densité (g/CM3)
9 0,03 0,05 2,49 0,31 0,35 0,01 0,04 0,13 1,43 0,25 2,645
0,03 0,06 2,62 0,30 0,35 0,01 0,04 0,14 1,42 0,25 2,648

5 Les billettes ont été homogénéisées 8h à 520 C (référence B) La vitesse de
montée en
température était de 15 C/h pour l'homogénéisation et le temps équivalent
était 9,5 heures
Après homogénéisation, les billettes ont été réchauffées à 450 C +/- 40 C
puis filées à
chaud pour obtenir des profilés X selon la Figure 2 ou Y selon la Figure 3.
Les profilés
ainsi obtenus ont été mis en solution à 524 +/- 2 C, trempés avec de l'eau de
température
10 inférieure à 40 C, et tractionnés avec un allongement permanent compris
entre 2 et 5%.
Différentes conditions de revenu ont été mises en oeuvre. Des échantillons
prélevés en fin
de profilé ont été testés pour déterminer leurs propriétés mécaniques
statiques (limite
d'élasticité Rp0,2, la résistance à la rupture R,,, et l'allongement à la
rupture (A) de même
que leur ténacité (KQ). Les prélèvements ont effectués sur la semelle pour les
profilés X et
Y. Les échantillons prélevés avaient un diamètre de 10 mm sauf pour le sens T-
L pour
lequel les échantillons avaient un diamètre de 6 mm. Les éprouvettes utilisées
pour les
mesures de ténacité avaient pour caractéristiques B=15 mm et W = 60 mm
(profilés Y) et
B=20 mm et W = 76 mm (profilés X).
Les résultats obtenus sur les profilés X et Y sont donnés dans les tableaux 18
et 19 ci-
dessous.

Tableau 18. Propriétés mécaniques des profilés X en alliage 8 et 9.

KQ
Sens L Sens TL (M Pa
)
Alliage Revenu
R,õ RpO,2 Rn, RpO,2
(MPa) MPa A % MPa MPa A % L-T T-L
20H 152 C 468 405 12,6 444 388 15,1 60,8 60,2
9 30H 152 C 497 450 12,8 465 417 14,1 63,7 52,1
48H 152 C 517 478 11,0 486 447 12,5 60,3 47,9*
60H 152 C 526 493 10,9 494 458 12,7 56,5 45,6-
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20H 152 C 488 433 10,9 457 397 13,1 61,4 54,1
30H 152 C 513 470 11,3 486 441 13,2 59,8 47,7
48H 152 C 532 498 10,1 501 463 12,4 55,2 42,5*
60H 152 C 536 503 9,9 503 468 9,5 53,6 40,0*
* Kic

Tableau 19. Propriétés mécaniques des profilés Y en alliage 8 et 9.
5

KQ
Sens L Sens TL (M Pa
)
Alliage Revenu
R,,, RP0,2 R,,, RP0,2
(MPa) (MPa) A % (MPa) (MPa) A (%) L-T T-L
20H 152 C 489 432 12 451 392 15 53,6 . 53,6
g 30H 152 C 517 477 11 478 435 13 57,9 50,8
48H 152 C 535 501 10 494 457 12 56,9 47,2
60H 152 C 539 506 10 497 462 12 53,0 45,4*
20H 152 C 496 440 11,9 458 402 14 54,2 50,3
10 30H 152 C 523 483 11,1 485 442 13 52,7 46,3
48H 152 C 539 506 10,5 500 465 11 52,2 39,5
60H 152 C 546 515 10,3 504 470 11 49,1 38,4*
* Kic
Le compromis entre ténacité et résistance mécanique obtenu avec les alliages 9
et 10 est
particulièrement avantageux, notamment pour obtenir des valeurs de ténacité
très élevées,
10 avec KQ(L-T) supérieur à 50 MPaI , et même supérieur à 55 MPaJ .

23

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Registration of a document - section 124 $100.00 2011-05-20
Maintenance Fee - Application - New Act 2 2011-11-10 $100.00 2011-10-19
Registration of a document - section 124 $100.00 2012-02-14
Maintenance Fee - Application - New Act 3 2012-11-13 $100.00 2012-10-18
Maintenance Fee - Application - New Act 4 2013-11-12 $100.00 2013-10-21
Maintenance Fee - Application - New Act 5 2014-11-10 $200.00 2014-10-20
Request for Examination $800.00 2014-10-23
Maintenance Fee - Application - New Act 6 2015-11-10 $200.00 2015-10-19
Registration of a document - section 124 $100.00 2016-02-15
Maintenance Fee - Application - New Act 7 2016-11-10 $200.00 2016-10-18
Final Fee $300.00 2017-02-23
Maintenance Fee - Patent - New Act 8 2017-11-10 $200.00 2017-11-06
Maintenance Fee - Patent - New Act 9 2018-11-13 $200.00 2018-11-05
Maintenance Fee - Patent - New Act 10 2019-11-12 $250.00 2019-10-25
Maintenance Fee - Patent - New Act 11 2020-11-10 $250.00 2020-11-06
Maintenance Fee - Patent - New Act 12 2021-11-10 $255.00 2021-11-05
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Drawings 2011-05-10 9 102
Description 2011-05-10 23 1,054
Representative Drawing 2011-05-10 1 6
Cover Page 2011-07-15 1 45
Drawings 2016-10-31 9 132
Claims 2016-10-31 5 163
PCT 2011-05-10 24 962
Assignment 2011-05-10 5 205
Assignment 2011-05-20 4 123
Assignment 2012-02-14 7 599
Assignment 2012-02-27 6 419
Correspondence 2012-04-18 3 119
Prosecution-Amendment 2014-10-23 2 87
Assignment 2016-02-15 14 673
Examiner Requisition 2016-05-06 5 261
Amendment 2016-10-31 9 311
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Representative Drawing 2017-03-07 1 6
Cover Page 2017-03-07 2 49