Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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WO 2012/140337 PCT/FR2012/000134
Alliages aluminium cuivre magnésium performants à haute température
Domaine de l'invention
L'invention concerne les produits en alliages aluminium-cuivre-magnésium, plus
particulièrement, de tels produits, leurs procédés de fabrication et
d'utilisation, destinés à
être mis en oeuvre à haute température.
Etat de la technique
Certains alliages d'aluminium sont couramment utilisés pour des applications
dans
lesquelles ils ont une haute température d'emploi, typiquement entre 100 et
200 C, par
exemple comme pièce de structure ou moyen d'attache à proximité de moteur dans
l'industrie automobile ou aérospatiale ou comme pièce de structure dans des
avions
supersoniques.
Ces alliages nécessitent de bonnes performances mécaniques à haute
température. Les
bonnes performances mécaniques à haute température signifient notamment d'une
part la
stabilité thermique, c'est-à-dire que les propriétés mécaniques mesurées à
température
ambiante sont stables après un vieillissement de longue durée à la température
d'emploi, et
d'autre part la performance à chaud c'est-à-dire que les propriétés mécaniques
mesurées à
haute température (propriétés mécaniques statiques, résistance au fluage) sont
élevées.
Parmi les alliages connus pour ce type d'application on peut citer l'alliage
AA2618 qui
comprend (% en poids):
Cu:1,9-2,7 Mg:1,3-1,8 Fe:0,9-1,3, Ni:0,9-1,2 Si:0,10-0,25 Ti:0,04-0,10 qui a
été utilisé
pour la fabrication du Concorde.
Le brevet FR 2279852 de CEGEDUR PECHINEY propose un alliage à teneur réduite
en
fer et nickel de composition suivante (% en poids):
Cu:1,8-3 Mg:1,2-2,7 Si<0,3 Fe:0,1-0,4 Ni + Co: 0,1 -0,4 (Ni + Co)/Fe: 0,9 -
1,3
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L'alliage peut contenir également Zr, Mn, Cr, V ou Mo à des teneurs
inferieures a 0,4%, et
éventuellement Cd, In, Sn ou Be a moins de 0,2% chacun, Zn a moins de 8% ou Ag
a
moins de 1 %. On obtient avec cet alliage une amélioration sensible du facteur
de
concentration de contraintes Klc représentatif de la résistance à la
propagation de criques.
La demande de brevet EP 0 756 017 Al (Pechiney Rhenalu) a pour objet un
alliage
d'aluminium à haute résistance au fluage de composition (% en poids):
Cu: 2,0 - 3,0 Mg: 1,5 - 2,1 Mn: 0,3 - 0,7
Fe<0,3 Ni<0,3 Ag<1,0 Zr<0,15 Ti<0,15
avec Si tel que: 0,3 <Si + 0,4Ag < 0,6
autres éléments <0,05 chacun et < 0,15 au total.
Le brevet RU2210614C1 décrit un alliage de composition (en % en poids)
Cu: 3,0 - 4,2 Mg: 1,0 - 2,2 Mn: 0,1 -0,8 Zr : 0,03 - 0,2 Ti : 0,012 - 0,1, V :
0,001 - 0,15
au moins un élément parmi Ni : 0,001 - 0,25 et Co : 0,001 - 0,25, reste
aluminium.
L'alliage AA2219 de composition (en % en poids) Cu: 5,8 - 6,8 Mn: 0,20 - 0,40
Ti: 0,02
- 0,10, Zr: 0,10 - 0,25 V: 0,05 - 0,15 Mg < 0,02 est également connu pour des
applications à haute température.
Ces alliages présentent cependant des propriétés mécaniques insuffisantes pour
certaines
applications et posent également des problèmes de recyclage en raison en
particulier de la
teneur élevée en fer et/ou silicium et/ou nickel et/ou cobalt et/ou vanadium.
On connait par ailleurs des alliages Al-Cu-Mg.
Le brevet US 3,826,688 enseigne un alliage de composition (en % en poids), Cu:
2,9 - 3,7,
Mg : 1,3 - 1,7 et Mn : 0,1 - 0,4.
Le brevet US 5,593,516 enseigne un alliage de composition (en % en poids) Cu :
2,5 - 5,5,
Mg: 0,1 - 2,3 dans la limite de leur solubilité c'est-à-dire tels que Cu est
au plus égal à
Cumax = -0,91 (Mg) + 5,59.
La demande de brevet EP 0 038 605 Al enseigne un alliage de composition (en %
en
poids), Cu: 3,8 -4,4, Mg: 1,2 - 1,8 et Mn: 0,3 - 0,9, au maximum 0,12 Si, 0,15
Fe, 0,25
Zn, 0,15 Ti et 0,10 Cr.
Le brevet US 6,444,058 enseigne une composition d'alliage de haute pureté Al-
Mg-Cu
pour lequel les valeurs efficaces de Cu et de Mg sont définies, notamment par
Clitarget
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Clleff + 0.74 (Mn ¨ 0.2) + 2,28 (Fe ¨ 0,005), et enseigne un domaine de
composition dans le
diagramme Cueff : Mgeff dans lequel la valeur maximale de Mgeff est de l'ordre
de 1,4 % en
poids.
II existe un besoin pour des produits en alliage d'aluminium ayant de bonnes
performances
mécaniques à haute température, typiquement à 150 C, et étant faciles à
fabriquer et à
recycler.
Objet de l'invention
Un premier objet de l'invention est un produit corroyé en alliage d'aluminium
de
composition, en % en poids,
Cu con : 2,6 - 3,7
Mg COIT 1,5 ¨ 2,6
Mn : 0,2 ¨ 0,5
Zr : < 0,16
Ti : 0,01 ¨ 0,15
Cr < 0,25
Si < 0,2
Fe < 0,2
autres éléments < 0,05
reste aluminium
avec Cu corr > - 0,9(Mg
con-)
+ 4,3 et Cu corr <- 0,9 (Mg corr) + 5,0
dans lequel Cu con. = Cu ¨ 0,74 (Mn ¨ 0,2) ¨ 2,28 Fe et
Mg corr = Mg ¨ 1,73 (Si ¨ 0,05) pour Si 0,05 et Mg corr = Mg pour Si<0,05.
Un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un produit
corroyé selon
l'invention comprenant, successivement,
- l'élaboration d'un bain de métal liquide de façon à obtenir un
alliage d'aluminium
de composition selon l'invention,
- la coulée dudit alliage typiquement sous forme de plaque de laminage, de
billette de
filage, d'ébauche de barre ou fil,
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- optionnellement l'homogénéisation du produit ainsi coulé de façon à
atteindre une
température comprise entre 450 C et 520 C,
- la déformation avant mise en solution du produit ainsi obtenu,
- la mise en solution du produit ainsi déformé par un traitement
thermique permettant
d'atteindre une température comprise entre 490 et 520 C et de préférence
entre 500
et 510 C pendant 15 min à 8 h, puis la trempe,
- optionnellement la déformation à froid du produit ainsi mis en solution
et trempé,
- le revenu dans lequel le produit ainsi obtenu atteint une température
comprise entre
160 et 210 C et de préférence entre 175 et 195 C pendant 5 à 100 heures et de
préférence de 10 à 50h
Encore un autre objet de l'invention est l'utilisation d'un produit corroyé
selon l'invention
dans une application dans laquelle ledit produit est maintenu à des
températures de 100 C
à 200 C pendant une durée significative d'au moins 200 heures.
Description des figures
Figure 1: Représentation du domaine de composition selon l'invention dans le
plan
Mgcorr :Clicorr=
Figure 2: Evolution de la limite d'élasticité Rp0,2 avec la durée de
vieillissement pour les
produits laminés de l'exemple 1; Fig 2a: vieillissement à 150 C, Fig 2b:
vieillissement à
200 C, Fig 2c : vieillissement à 250 C.
Figure 3 : Evolution de la limite d'élasticité R0,2 avec la durée de
vieillissement à 150 C
pour les produits filés de l'exemple 2 ; Fig 3a: état T6, Fig 3b : état T8.
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.
L'expression 1,4 Cu ou 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
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The Aluminium Association, connus de l'homme du métier. Les définitions des
états
métallurgiques sont indiquées dans la norme européenne EN 515.
Les caractéristiques mécaniques statiques en traction, en d'autres termes la
résistance à la
rupture R., la limite d'élasticité conventionnelle à 0,2% d'allongement R0,2,
et
l'allongement à la rupture A%, sont déterminés par un essai de traction selon
la norme NF
EN ISO 6892-1, le prélèvement et le sens de l'essai étant définis par la norme
EN 485-1.
Les essais de traction à chaud sont réalisés selon la norme NF EN 10002-5. Les
essais de
fluage sont réalisés selon la norme ASTM E139-06.
Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258 s'appliquent.
Les présents inventeurs ont constaté que de manière surprenante, il existe un
domaine de
composition des alliages Al-Cu-Mg contenant du Mn qui permet d'obtenir des
produits
corroyés particulièrement performants à haute température.
La composition des produits corroyés de l'invention est définie en fonction de
la teneur en
fer, manganèse et silicium.
On définit des teneurs corrigées en Cu et en Mg, appelées Cucorr et
M,,,corr correspondant
aux teneurs de ces éléments qui ne sont pas piégées par des composés
intermétalliques
contenant du fer, du manganèse ou du silicium. Cette correction est importante
pour définir
le domaine de composition en Cu et Mg de l'invention car les composés
intermétalliques
contenant du fer et du manganèse formés avec le cuivre et les composés
intermétalliques
formés avec le magnésium contenant du silicium ne peuvent généralement pas
être mis en
solution. Cucorr etz correspondent donc aux teneurs en Cu et Mg disponibles
après
M...cou
mise en solution pour la formation lors du revenu des phases nanométriques
contribuant au
durcissement.
Les teneurs corrigées sont obtenues à l'aide des équations suivantes :
Cu con- = Cu ¨ 0,74 (Mn ¨ 0,2) ¨ 2,28 Fe
Mg con- = Mg ¨ 1,73 (Si ¨ 0,05) pour Si au moins égal à 0,05% en poids et Mg
con- = Mg
pour une teneur en Si inférieure à 0,05 % en poids.
On peut remarquer que si la teneur en Mn est inférieure à 0,2 % en poids, on
calcule
Cuco, = Cu ¨ 2,28 Fe.
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Pour obtenir l'effet recherché sur les performances mécaniques à haute
température, les
teneurs en cuivre et en magnésium ainsi corrigées doivent obéir aux inégalités
suivantes :
Cu corr > 0,9(Mg corr) + 4,3 (de préférence Cu corr > - 0,9 (Mg con) + 4,5)
Cucorr < - 0,9 (Mg con.) + 5,0
La teneur en magnésium est telle que Mgcorr soit compris entre 1,5 et 2,6 % en
poids et de
préférence entre 1,6 et 2,4 % en poids.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, Mgcon est au moins égal
à 1,8 % en
poids et de préférence au moins égal à 1,9 en % en poids. Ce mode de
réalisation est
particulièrement avantageux pour les produits à l'état T6.
La teneur en cuivre est telle que Cucon soit compris entre 2,6 et 3,7 % en
poids.
Avantageusement Cucon est au moins 2,7 % en poids et de préférence au moins
2,8 % en
poids.
A partir des équations indiquées et des conditions requises pour Mgcorr et
Cucorr on peut
établir que la teneur en cuivre maximale est de 4,33 % en poids, correspondant
à une teneur
corrigée Cucorr = 3,65 % en poids, obtenue pour une teneur en fer de 0,2 % en
poids, une
teneur en manganese de 0,5 %en poids et une teneur corrigée Mgco, de 1,5 % en
poids,
correspondant par exemple à une teneur en Mg de 1,5 % en poids et une teneur
en silicium
de 0,05 % en poids. La teneur en cuivre minimale est de 2.6 % en poids,
correspondant à
une teneur corrigée Cucorr = 2,6 % en poids obtenue pour une teneur en fer de
0 % en poids
et une teneur en manganèse de 0,2 % en poids.
La teneur en magnésium maximale est de 2,86 % en poids correspondant à une
teneur en
MgCOIT de 2,6 % en poids, obtenue pour une teneur en en Si de 0,2 % en poids.
La teneur en
magnésium minimale est de 1,5 % en poids, obtenue pour une teneur en Si de 0 %
en poids.
On peut également noter que pour une teneur Mgcorr au moins égale à 1,9 % en
poids, et
une teneur maximale en fer et en silicium de 0,08 % en poids, la teneur en
cuivre maximale
est de 3,69 % en poids, obtenue pour une teneur en manganese de 0,5 % en poids
et
correspondant à une teneur corrigée Cucorr de 3,29 % en poids.
Le domaine correspondant dans le plan Mgcorr:Cucon est représenté sur la
Figure 1.
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Indépendamment des valeurs Mgco, et Cucorr un domaine avantageux de
composition des
produits selon l'invention a une teneur en magnésium comprise entre 1,6 et 2,2
% en poids
et de préférence entre 1,8 et 2,1 % en poids et/ou une teneur en cuivre
comprise entre 2,8 et
3,7 % en poids et de préférence entre 2,9 et 3,4 % en poids.
Les produits selon l'invention contiennent 0,2 à 0,5 % en poids de manganèse
ce qui
contribue notamment au contrôle de la structure granulaire. Les présents
inventeurs ont
constaté que l'addition simultanée de manganèse et de zirconium est
avantageuse pour
améliorer encore le contrôle de la structure granulaire. Avantageusement, la
teneur en Zr
est au moins égale à 0,07 en % en poids et de préférence au moins égale à 0,08
en % en
poids. Dans un mode de réalisation avantageux, les produits selon l'invention
contiennent
0,09 à 0,15 % en poids de zirconium et 0,25 à 0,45 % en poids de manganèse.
La teneur en chrome est au maximum de 0,25% en poids. Dans un mode de
réalisation de
l'invention, la teneur en chrome est comprise entre 0,05 et 0,25 % en poids et
peut
contribuer notamment au contrôle de la structure granulaire. Cependant la
présence de
chrome peut poser des problèmes de recyclage et de sensibilité à la trempe,
notamment
pour les produits dont l'épaisseur est au moins de 50 mm. Dans un autre mode
de
réalisation, la teneur en chrome est inférieure à 0,05 % en poids.
La teneur en titane est comprise entre 0,01 et 0,15 % en poids. L'addition de
titane
contribue notamment à l'affinage des grains lors de la coulée. Dans un mode de
réalisation,
on préfère limiter l'addition de titane à une valeur maximale de 0,05 % en
poids. Cependant
un affinage plus important peut s'avérer utile. Ainsi, dans un autre mode de
réalisation de
l'invention, la teneur en titane est comprise entre 0,07 et 0,14 % en poids.
Les teneurs en fer et en silicium sont au maximum de 0,2 % en poids chacune.
Dans un
mode de réalisation avantageux de l'invention, les teneurs en fer et/ou en
silicium sont au
maximum de 0,1% en poids et de préférence 0,08 % en poids. Les équations
permettant de
calculer Cucon et Mg
¨,,corr tiennent compte des variations de Fe et Si, ainsi pour atteindre une
valeur identique de Cuco, on ajoute davantage de cuivre quand la teneur en fer
augmente.
La teneur des autres éléments est inférieure à 0,05 % en poids. Le reste est
de l'aluminium.
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Les produits corroyés selon l'invention sont typiquement des tôles, des
profilés, des barres
ou des fils, mais peuvent également être des vis, boulons ou des rivets.
Le procédé de fabrication des produits selon l'invention comprend les étapes
successives
d'élaboration de l'alliage, coulée, optionnellement homogénéisation,
déformation, mise en
solution, trempe, optionnellement déformation à froid et revenu.
Dans une première étape, on élabore un bain de métal liquide de façon à
obtenir un alliage
d'aluminium de composition selon l'invention. Le bain de métal liquide est
ensuite coulé
typiquement sous forme de plaque de laminage, de billette de filage, d'ébauche
de barre ou
fil.
Avantageusement, le produit ainsi coulé est ensuite homogénéisé de façon à
atteindre une
température comprise entre 450 C et 520 C et de préférence entre 500 C et
510 C
pendant une durée comprise entre 5 et 60 heures. Le traitement
d'homogénéisation peut être
réalisé en un ou plusieurs paliers.
Le produit est ensuite déformé typiquement par laminage, filage et/ou étirage
et/ou tréfilage
et/ou frappe.
Le produit ainsi déformé est ensuite mis en solution par un traitement
thermique permettant
d'atteindre une température comprise entre 490 et 520 C et de préférence
entre 500 et 510
C pendant 15 min à 8 h, puis trempé.
La qualité de la mise en solution peut être évaluée par calorimétrie et/ou
microscopie
optique. L'objectif étant que le Cu et le Mg soient en solution solide à
l'exception du Cu et
du Mg lié dans les composés intermétalliques contenant du manganèse du fer
et/ou du
silicium.
Le produit peut ensuite optionnellement subir une déformation à froid.
Finalement, un revenu est réalisé dans lequel le produit atteint une
température comprise
entre 160 et 210 C et de préférence entre 175 et 195 C pendant 5 à 100 heures
et de
préférence de 10 à 50h. Le revenu peut-être réalisé en un ou plusieurs
paliers. De
préférence, les conditions de revenu sont déterminées pour que la résistance
mécanique
Rp0,2 soit maximale (revenu au pic ).
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Il existe deux principaux modes de réalisation du procédé selon l'invention en
fonction de
la forme des produits corroyés. Un premier mode de réalisation du procédé
selon
l'invention permet la fabrication de tôles ou de profilés. Un second mode de
réalisation du
procédé selon l'invention permet la fabrication de fils ou barres, tels que
notamment des
ébauches pour usinage, des ébauches pour forge, des ébauches boulonnerie, des
fils à rivet,
des ébauches visserie et aussi des boulons, vis et rivets.
Le premier mode de réalisation du procédé selon l'invention comprend les
étapes
successives d'élaboration de l'alliage, coulée sous forme de plaque ou
billette,
optionnellement homogénéisation, déformation à chaud, mise en solution,
trempe,
optionnellement déformation à froid et revenu.
Dans le premier mode de réalisation du procédé selon l'invention le bain de
métal liquide
est coulé sous forme de plaque de laminage ou de billette de filage.
La plaque de laminage ou la billette de filage optionnellement homogénéisée
est ensuite
déformée à chaud par laminage ou filage. La déformation à chaud du premier
mode de
réalisation est réalisée de façon à maintenir une température d'au moins 300
C.
Avantageusement, on maintient une température d'au moins 350 C et de
préférence d'au
moins 380 C au cours de la déformation à chaud.
Dans le premier mode de réalisation du procédé selon l'invention on ne réalise
pas de
déformation à froid significative, notamment par laminage à froid, entre la
déformation à
chaud et la mise en solution. En effet, une telle étape de déformation à froid
risquerait de
conduire à une structure recristallisée qui est indésirable dans le cadre de
l'invention pour
les produits corroyés sous forme de tôles ou de profilés. Une déformation à
froid
significative est typiquement une déformation d'au moins environ 5%.
La tôle ou le profilé ainsi obtenu est ensuite mis en solution par un
traitement thermique
permettant d'atteindre une température comprise entre 490 et 520 C et de
préférence entre
500 et 510 C pendant 15 min à 8 h, puis trempé typiquement avec de l'eau.
La combinaison de la composition choisie, en particulier de la teneur en
manganèse, et de
la gamme de transformation, en particulier la température de déformation à
chaud et
l'absence de déformation à froid significative avant mise en solution, permet
d'obtenir des
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tôles ou des profilés ayant une structure granulaire essentiellement non-
recristallisée. Par
structure granulaire essentiellement non-recristallisée, on entend un taux de
structure
granulaire non-recristallisée à mi-épaisseur supérieur à 70 % et de préférence
supérieur à
85%.
La tôle ou le profilé obtenu peut ensuite subir optionnellement une
déformation à froid.
Avantageusement, la déformation à froid est une traction contrôlée avec un
allongement
permanent de 2 à 5% permettant d'améliorer la résistance mécanique et
d'obtenir après
revenu un état T8.
En l'absence de déformation à froid ou en présence d'une faible déformation à
froid ne
permettant pas d'améliorer les caractéristiques mécaniques, on obtient après
revenu un
produit à l'état T6.
Les tôles et profilés obtenus selon le premier mode de réalisation du procédé
de l'invention
ont l'avantage de présenter une résistance mécanique élevée et de bonnes
performances à
haute température. Ainsi les tôles et profilés selon l'invention présentent de
préférence à
l'état T8 dans la direction longitudinale une limite d'élasticité Rp0,2 d'au
moins 440 MPa,
préférentiellement d'au moins 450 MPa et de manière préférée d'au moins 455
MPa. Pour
les profilés selon l'invention à l'état T8 on peut obtenir avantageusement
dans la direction
longitudinale une limite d'élasticité Rp0,2 d'au moins 470 MPa. Après
vieillissement à 150
C pendant 2000h, la diminution de la limite d'élasticité des tôles et profilés
selon
l'invention à l'état T8 dans la direction longitudinale est avantageusement
inférieure à 12%
de préférence inférieure à 10% et de manière préférée inférieure à 8%.
Les profilés selon l'invention présentent avantageusement à l'état T8 une
limite d'élasticité
mesurée à 150 C dans la direction longitudinale d'au moins 370 MPa et de
préférence d'au
moins 380 MPa.
A l'état T6, les tôles ou profilés faits dans le mode de réalisation dans
lequel la teneur en
Mg est telle que Mgco, soit au moins égal à 1,8 % en poids présentent
avantageusement une
limite d'élasticité mesurée à 150 C dans la direction longitudinale d'au
moins 340 MPa et
une diminution de limite d'élasticité après 2000h de vieillissement à 150 C
inférieure à
5%.
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Le second mode de réalisation du procédé selon l'invention comprend les étapes
successives d'élaboration de l'alliage, coulée sous forme d'ébauche de fil ou
barre,
optionnellement homogénéisation, déformation à chaud et/ou à froid par filage
et/ou étirage
et/ou tréfilage et optionnellement par frappe ultérieure du fil ou de la barre
obtenus pour
obtenir des vis, boulons ou rivets, mise en solution, trempe et revenu.
Dans le second mode de réalisation du procédé selon l'invention le bain de
métal liquide est
coulé sous forme d'ébauche de fil ou barre, de préférence sur une roue de
coulée,
typiquement avec le procédé de coulée continue connu sous le nom de Properzi
.
L'ébauche de fil ou barre peut également être une billette de filage.
L'ébauche de fil ou barre est ensuite déformée à chaud et/ou à froid par
filage et/ou étirage
et/ou tréfilage. En particulier, si l'ébauche de fil ou barre est une billette
de filage, elle sera
filée à chaud avant d'être déformée à froid par étirage et/ou tréfilage,
tandis que si
l'ébauche de fil ou barre a été obtenue par coulée continue et déformation à
chaud en sortie
de roue de coulée, il ne sera nécessaire que de la déformer à froid.
Optionnellement, le fil ou la barre obtenue peut être à ce stade frappée pour
obtenir des vis,
boulons ou rivets.
Le produit ainsi obtenu est ensuite mis en solution par un traitement
thermique permettant
d'atteindre une température comprise entre 490 et 520 C et de préférence
entre 500 et 510
C pendant 15 min à 8 h, puis trempé typiquement avec de l'eau.
La combinaison de la composition choisie, en particulier de la teneur en
manganèse, et de
la déformation réalisée permet d'obtenir dans le second mode de réalisation du
procédé
selon l'invention des produits ayant une structure granulaire essentiellement
recristallisée.
Par structure essentiellement recristallisée on entend un taux de
recristallisation d'au moins
80% et de préférence une structure à grains fins et de taille homogène.
Le produit obtenu peut ensuite subir optionnellement une déformation à froid.
Cependant, dans la fabrication de certains produits, tels que notamment les
boulons, les vis
et les rivets, il est difficile de réaliser une déformation à froid après mise
en solution et
trempe. Avantageusement, le produit ne subit pas de déformation à froid après
mise en
solution et trempe et on obtient après revenu un état T6. Un alliage
particulièrement
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avantageux pour l'état T6 a une teneur en Mg telle que Mgcorr soit au moins
égal à 1,8 % en
poids.
D'autre part, la fabrication de produits tels que fil, boulon, rivet, vis, à
l'état T8 et ayant
une structure granulaire essentiellement recristallisée en alliage selon
l'invention est
avantageuse.
Les produits obtenus selon le second mode de réalisation du procédé de
l'invention
présentent avantageusement à l'état T8 dans la direction longitudinale une
limite
d'élasticité R0,2 d'au moins 460 MPa, de préférence d'au moins 480 MPa et
après
vieillissement à 150 C pendant 2000h, une diminution de la limite
d'élasticité dans la
direction longitudinale inférieure à 10% de préférence inférieure à 8%.
Les produits selon l'invention sont particulièrement utiles pour des
applications dans
lesquelles les produits sont maintenus à des températures de 100 C à 200 C,
typiquement
à environ 150 C, pendant une durée significative d'au moins 200 heures et de
préférence
d'au moins 2000 heures.
Ainsi les produits selon l'invention sont utiles pour les pièces d'attache
destinées à être
utilisées dans un moteur typiquement pour automobile, telles que des vis ou
des boulons ou
des rivets. Les produits selon l'invention sont également utiles pour la
fabrication de pièces
de la nacelle et/ou de mats d'accrochage des avions. La nacelle désigne
l'ensemble des
supports et capots d'un moteur d'un avion multi moteurs: Les produits selon
l'invention sont
utiles aussi pour la fabrication de bords d'attaque d'aile d'avion. Les
produits selon
l'invention sont également utiles pour la fabrication de fuselage d'avions
supersoniques.
Ces aspects, ainsi que d'autres de l'invention sont expliqués plus en détail à
l'aide des
exemples illustratifs et non limitatifs suivants.
Exemples
Exemple 1.
Dans cet exemple 4 alliages ont été coulés sous la forme de plaques de
dimension
70x170x27 mm. Les alliages A-1 et C-1 ont une composition selon l'invention.
La composition des alliages est donnée dans le tableau 1.
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Tableau 1 composition (% en poids)
Alliage Si Fe Cu Mn Mg Ti
Zr CUcorr Mgcorr
A-1 (Inv.) 0,04 0,05 3,3 0,34 1,9 0,02 0,11 3,1
1,9
C-1 (Inv.) 0,04 0,05 3,7 0,34 1,6 0,02 0,11 3,5
1,6
B-1 (Réf.) 0,04 0,05 4,2 0,34 1,3 0,02 0,11 4,0
1,3
D-1(Réf.) 0,04 0,05 5,4 0,35 0,3 0,02 0,11 5,2
0,3
Inv. : Inventnion Ref. : Référence
Les plaques ont été homogénéisées à une température comprise entre 500 C et
540 C,
adaptée en fonction de l'alliage, laminées à chaud jusqu'à une épaisseur de 15
mm, mises
en solution à une température comprise entre 500 C et 540 C, adaptée en
fonction de
l'alliage, trempées à l'eau par immersion, tractionnées de 3 à 4 % et revenues
à 190 C pour
atteindre le pic de limite d'élasticité en traction à l'état T8. Ainsi la
plaque en alliage A-1 a
été homogénéisée en deux paliers de 10h à 500 C puis 20h à 509 C, la tôle
obtenue après
laminage étant mise en solution 2h à 507 C et revenue 12h à 190 C. La plaque
en alliage
B-1 a été homogénéisée en deux paliers de 10h à 500 C puis 20h à 503 C, la
tôle obtenue
après laminage étant mise en solution 2h à 500 C et revenue 8h à 190 C. La
plaque en
alliage C-1 a été homogénéisée en deux paliers de 10h à 500 C puis 20h à 503
C, la tôle
obtenue après laminage étant mise en solution 2h à 504 C et revenue 12h à 190
C. La
plaque en alliage D-1 a été homogénéisée en deux paliers de 10h à 500 C puis
20h à 536
C, la tôle obtenue après laminage étant mise en solution 2h à 535 C et
revenue 8h à 190
C.
Les tôles obtenues présentaient une structure granulaire essentiellement non-
recristallisée.
Les tôles ainsi obtenues ont été caractérisées dans la direction longitudinale
avant et après
vieillissement à plusieurs températures et pour plusieurs durées. Les
résultats sont présentés
dans le tableau 2
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Tableau 2 ¨ Propriétés mécaniques obtenues à mi-épaisseur sens L avant et
après
vieillissement (MPa)
Température de Durée de A-1 C-1 B-1 D-1
vieillissement ( C) vieillissement (h) _ R02 Rm _ R02 Rm R02 Rm R02
Rm
Pas de vieillissement 456
476 468 485 470 483 385 447
150 500 450 471 471 487
451 488 379 442
150 1000 447 467 462 484
427 472 372 438
150 2000 436 467 440 473
411 463 375 450
150 5000 421 455 424 466
386 449 352 431
200 500 355 398 353 417
312 365 288 375
200 1000 340 405 332 404
295 380 273 360
200 2000 314 380 308 381
264 355 261 352
200 5000 274 360 269 358
221 316 245 333
250 200 305 382 301 374
263 354 262 352
250 400 245 335 235 327
203 300 234 324
250 600 176 284 163 265
145 252 222 314
250 800 150 265 136 246
109 222 215 311
L'évolution des propriétés mécaniques avec la durée de vieillissement pour les
différentes
températures étudiées sont représentées sur les Figures 2a à 2c. On constate
que pour une
température de vieillissement de 200 C, les tôles selon l'invention (A-1 et C-
1) présentent
pour 2000h de vieillissement une limite d'élasticité améliorée de plus de 15%
par rapport
aux tôles de référence (B-1 et D-1).
Exemple 2.
Dans cet exemple deux alliages ont été coulés sous la forme de billettes de
diamètre 200
mm. Ces alliages A-2 et C-2 ont une composition selon l'invention.
Les compositions sont données dans le tableau 3.
Tableau 3 - composition (% en poids)
Alliage Si Fe Cu Mn Mg Ti Zr
Clicorr Mgeorr
A-2 (Inv.) 0,06 0,04 3,0 0,33 2,0 0,02 0,10 2,8
2,0
C-2 (Inv.) 0,04 0,04 3,7 0,34 1,6 0,02 0,11 3,5
1,6
Inv. : Invention
Les billettes ont été homogénéisées à une température comprise entre 500 C et
520 C,
adaptée en fonction de l'alliage et filées pour obtenir des barres
cylindriques de diamètre 13
mm, mises en solution à une température comprise entre 500 C et 520 C,
adaptée en
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fonction de l'alliage, trempées à l'eau. Ainsi la billette en alliage A-2 a
été homogénéisée
24h à 508 C et les barres obtenues mises en solution 1h à 506 C. La billette
en alliage C-2
a été homogénéisée 24h à 508 C et les barres obtenues mises en solution lh à
503 C.
Certaines barres ont été tractionnées de 3 à 4 % d'autres barres n'ont pas été
tractionnées,
toutes les barres ont finalement subit un revenu au pic pour obtenir un
état T6 (non
tractionné, 20h à 190 C pour A-2 et 16h à 190 C pour C-2) ou T8 (tractionné,
12h à 190
C pour les deux alliages). Les profilés obtenus présentaient une structure
granulaire
essentiellement non-recristallisée.
Pour référence, on a utilisé des fils en alliage 6056 à l'état T6 de diamètre
12 mm et des
barres en alliage 2618 à l'état T8 de diamètre 40 mm.
Les propriétés mécaniques dans la direction longitudinale avant et après
vieillissement à
150 C sont données dans le Tableau 4.
Tableau 4 ¨ Propriétés mécaniques sens L à mi-diamètre
Durée de vieillissement (h) Etat
à 150 C Alliage Métallurgique Rp0,2 (MPa) Fin, (MPa)
Allongement %
0 T8
A-2 514 538 10
0 C-2 T8 476 510 11
0 2618 T8 434 459 8
0 A-2 T6 397 478 11
0 C-2 T6 402 492 12
0 6056 T6 378 412 15
1000 A-2 T8 480 515 11
1000 C-2 T8 467 507 12
1000 2618 T8 415 447 9
1000 A-2 T6 393 471 11
1000 C-2 T6 363 455 13
1000 6056 T6 375 397 13
2000 A-2 T8 453 491 4
2000 C-2 T8 447 491 5
2000 2618 T8 402 439 4
2000 A-2 T6 399 468 5
2000 C-2 T6 332 429 6
2000 6056 T6 359 384 6
Ces résultats sont également présentés dans les Figures 3a et 3b. A l'état T6,
l'alliage A-2
est particulièrement stable thermiquement.
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Des essais de caractérisation en traction à la température de 150 C ont
également été
effectués selon la norme NF EN 10002-5.
Les résultats sont présentés dans le Tableau 5.
Tableau 5. Caractérisation des propriétés mécaniques sens L à 150 C
Alliage Etat Rp0,2 (MPa) 11,õ (MPa)
Allongement `)/0
6056 T6 333 343 16
A-2 T6 349 412 18
C-2 T6 338 405 18
2618 T8 357 390 14
A-2 T8 398 420 17
C-2 T8 385 413 17
On constate que les produits selon l'invention présentent, notamment, une
résistance à
rupture nettement supérieure à celle des produits de référence classiquement
utilisés tels
que l'alliage 6056 (T6) ou l'alliage 2618 (T8). -
Des essais de fluage ont été réalisés selon la norme ASTM E139-06 pour une
contrainte de
285 MPa et à une température de 150 C. On a notamment mesuré la durée de vie,
la
déformation après 200h et la vitesse de fluage stationnaire. Les résultats
sont rassemblés
dans le Tableau 6.
Tableau 6 Sens L
Alliage Etat Durée de vie en fluage (h) Déformation après 200h (%) Vitesse de
fluage stationnaire (s-1)
épr. n 1 épr. n 2 épr. n 1 épr. n 2 épr. n 1 épr.
n 2
6056 T6 310 393 0,30 0,30 3,3E-09
3,7E-09
A-2 T6 377 458 0,47 0,50 6,6E-09
6,7E-09
C-2 T6 487 730 0,51 0,43 6,5E-09
5,5E-09
2618 T8 343 283 0,89 1,41 1,1E-08
1,5E-08
A-2 T8 > 827.9 > 779.9 0,25 0,40 1,9E-09
2,8E-09
C-2 T8 >825.2 >817.8 0,26 0,26 4,1E-09
3,8E-09
épr. : éprouvette
Exemple 3.
Dans cet exemple une barre cylindrique en alliage C-2 de diamètre 13mm a été
obtenue par
filage à chaud à partir d'une billette homogénéisée 24h à 508 C. La barre a
ensuite été
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étirée à froid pour obtenir un fil de diamètre 10;55 mm. Le fil ainsi obtenu a
été mis en
solution 1 heure à 503 C, tractionné de 3 à 4 % puis revenu 12h à 190 C pour
obtenir un
état T8.
La structure granulaire du fil ainsi obtenu, telle que observée en particulier
dans le plan
TLxTC a mi épaisseur, était essentiellement recristallisée et présentait un
grain fin et
homogène
Les propriétés mécaniques obtenues dans la direction longitudinale avant et
après
vieillissement à 150 C sont données dans le Tableau 7.
Tableau 7 ¨ Propriétés mécaniques sens L à mi-diamètre du fil de diamètre
10,55 mm
Durée de vieillissement (h) Etat
à 150 C Alliage Métallurgique R0,2 (MPa) R,T, (MPa)
Allongement %
0 C-2 T8 503 522 7,8
1000 C-2 T8 462 494 6,9
2000 C-2 T8 471 508 7,7
Mesure à 150 C C-2 T8 397 428
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