Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
-
~LZ~3~
La présente invention concerne un procedé d'obten-
tion de produits files en alliage d'Al type Al-Zn-Mg Cu à
haute resistance qui possedent ~ l'etat traite Itype T6 ou
T7) une ductilite et une tenacite elevees, en particulier
dans le sens travers, ainsi qu'une bonne resistance a la
corrosion sous tension.
On connait dejà des produits files ~ haute resis-
tance presentant des caracteristiques de ductilite et de
tenacite elevees dans le sens long (voir par exemple ceux
decrits dans la demande de brevet français publiee sous le n~ 2.457.908)
Cependant pour certaines applications, en parti-
culier dans les domaines ou les materiaux sont tres forte-
ment sollicites et doivent presenter de grandes fiabilite
et securite d'emploi (par exemple dans l'aeronautique,
l'armement, etc...) les proprietés dans le sens travers
sont encore insuffisantes, notamment dans les parties des
pieces relativement peu corroyees.
Cette méthode consis~e a:
- couler un alliage dont la composition est la suivant~ (%
en poids3
Fe < 0,10
Si < 0,08
Cu 1,0 à 2,0
Mg 2,1 a 3,5
Zn 7,2 a 9,5
Cr 17 a o,l?
Mn 0,15 a 0,25
Zr 0,08 a 0,14
Ti < 0,10
autres chacun < 0,05
autres total < 0,15
reste = Al
- a homogéneiser le produit coule dans le domaine de tempe-
ratures compris entre 460C et la température de fusion
. ~
3S~
commençante de l'alliage
- à filer a chaud le produit à une température de l'ordre
de 400C
- à étirer éventuellement le produit file à chaud a une
température de l'ordre de 380C.
- à le mettre en solution dans le domaine de températures
compris entre 460 et 480C
- a le tremper à l'eau froide (~ < 40C)
- a l'étirer éventuellement a froid avec une déformation
1~ (5 ~ 5) < 10%
- à pratiquer un revenu:
. t~pe T6 soit de 6 a 50 h entre 115 et 150C
ou
. type T7 soit de 3 à 24 h entre 100 et 120C
+ 8 à 20 h entre 150 et 170C
les temps les plus longs étant generalement associés aux
temperatures les plus basses.
Les proprietes optimales sont atteintes lorsque
chacune des conditions suivantes sont, de préference,
xéunies:
Analyse = Fe < 0,10
(~ en poids) Si < 0,08
Cu : 1,35 à 1,85
Mg : 2,4 a 3,0
2S Zn : 7,~ ci 8,9
Cr : 0,10 à 0,17
Mn : 0,15 ~ 0,25
Zr : 0,Q8 ~ 0,14
Ti < 0,10
3(1 Autres chacun ~ 0,05
" Total ~ 0,15
Reste Al
Homogeneisation vers 470C + 5C
Mise en solution entre 465 et 480C
E;3~i~
Ecrouissage a froid ( S 5 s ) compris entre 1,5 et 5%
Revenu type T6- 25 à 35 h entre 115 et 130C
ou type T7: 5 a 10 h entre 100 et 110C
+ 8 a 12 h entre 155 et 165C
Il a été remarqué que les teneurs en élements
dlalliages principaux doivent être suffisantes pour obtenir
les caractéristi~ues mécaniques recherchées, mais limitées
supérieurement pour ne pas induire une fragilite excessive.
La ductilité travers est également fortement influencée
par les teneurs en Fe et Si qui doivent, de préférence,
~tre tenues aussi basses que possible, dans les limites
suivantes:
Fe < 0,05%
Si < 0,05~
Fe + Si < 0.06%
Les exemples suivants illustrent les propriétés
obtenues dans le cas d'un corps creux filé et d'une barre
filée; lesdits exemples faisant référence aux dessins
suivants dans lesquels:
- la figure 1 represente le detail du prelevement
des eprouvettes; et
- la figure 2 represente le dessins de l'eprouvette
de determination du facteur K - dimensions en mm,
EXEMPLE 1
On a coule deux alliages A et B dont les composi.-
tions sont les suivantes l'alllage A, hors invention, cons-
tituant le témoin.
(% en poids) A B
Fe 0,14 0,05
Si 0,06 0,04
Cu 1,63 1,60
Zn 8,13 8,00
Mg 2,69 2,46
Mn 0,18 0,20
Cr 0,13 0,12
- 3 -
~635~
Zr 0,11 d,l3
Ti ~0,05 ~0~05
L ' alliage A, coule en semi-continu sous forme de
/
- 3a -
billettes de 170 mm de diametre a subi un traitement
d'homogeneisation de 24 h a 460C, a ete file par filage
inverse à 400C + 10C sous Eorme d'etuis de dimensions
0 107 x 141 mm. Ces etuis ont ete etires a chaud a 380C +
20C aux dimensions 0 105,5 x 132 mm, usines exterieurem~nt
par tournage au diamètre de 127,2 mm, decapes, mis en so~u-
tion à 460C, trempes a l'eau froide, etires à froid sur
trempe fraîche avec un taux d'ecrouissage (5 5 5~ de 4 % et
revenus 30 h a 120C.
L'alliage B, conforme a 1' invention, a ete partage
en quatre lots: Bl, B2, B3, B4:
- le lot Bl a ete transforme d'une façon identique au lot A,
l'exception du taux dlecrouissage (S s s) qui a ete de
10 % ~u lieu de 4 %
lS - la lot B2 a ete transforme d'une façon identique au lot A.
- le lot B3 a ete transforme d'une facon identique au lot
B2, sauf que le traitement d'homogeneisation a eté réalisé
à 470C (au lieu de 460C) et que la mise en solution a
eté effectuee à 470C ( au lieu de 460C); ce lot B3
correspond donc au domaine préfërentiel de l'invention;
- le lot B4 a eté transforme d'une façon identique au lot
B2, sauf ~n ce qui concerne le revenu final pratique: 6 h
à 105C + 10 h à 150C, 155C, 160C et 165C (cas B41,
B42, B43, B44, respectivement~ ou a 120C pendant 30 h
2$ (cas B40).
On a usine dans les etuis ainsi obtenus (voir
figure 1).
- des eprouvettes de traction lisses (1) prelevees soit
dans le corps de l'etui en dist:inguant le sens long (L)
et le sens travers lsens tangentiel (T)l soit dans le
fond de lletui dans le sens travers (T) (sens tangentiel~.
Ces eprouvettes ont servi,lors d'un essai de traction,à la
determination des caracteristiques mecaniques classiques,
à savoir-
-- 4
3S~
. limi-te elastique RO,2
. charge de rupture Rm
. allongements a la rupture A ~ mesures sur une longueur
initiale utile egale a 5,65 ~ ~o etant la section de
l'eprouvette avant traction.
- des eprouvettes de traction entaillees 12) avec un coeffi-
cient de concentration de contrainte KT = 6,5 (rayon a
fond d'e~taille 0,025 mm) et prelevees dans le sens long
du corps de l'etui. Ces eprou~ettes ont été rompues par
traction, ce qui a permis de determiner leur charge de
rupture Re. Le rapport Re/RO,2 de la charge de rupture
sur éprouvette entaillée a la limite elastique sur eprou-
vette lisse a ete retenu comme critere d'appréciation.
- des éprouvettes de résilience (3) type Charpy V (entaille
en V à 45, de profondeur 2 mm, de ra~on à fond d'entaille
egal à 0,25 mm). Les eprouvettes ont ete prelevées dans
le sens long du corps des etuis, de façon que la fissure
de rupture se propage dans le sens épaisseur du corps de
l'etui (sens normalise L-R~. Elles ont été utilisées pour
déterminer les caractéristiques Enc (énergie de rupture
sur éprouvette non pré-~issuree) et Eco (energie de rup-
ture sur eprouvette pré-fissurée par fatique sur appareil
Physmet (marque de commerce)).
- des éprouvettes (4) pour mesure cle facteur de -tenacite ~:
2S les conditions de determination de ce facteur K sont
decrites ci-après:
L'éprouvette d'essai est representée en ~ig~lre 2
Se5 dimensions sont les suivantes:
- epaisseur : B = 8 mm
- largeur : W = 8 mm
- longueur : 55 mm
- entaille usinee : a = 2 mm,
rayon à fond d'entaille < 0108 mm
Une fissure de fatigue esJc initiee sur l'eprou-
5 --
31L2~3~
vette definie ci-dessus, prelevee dans le sens L-R, dans
le corps, dans les condi-tions de la norme ASTM E399
(0,~5 < a/W < 0,55, propagation en fatigue d'au moins
1~3 mm, charge inferieure a 60 % du Pq).
L'eprouvette, fissuree en fatique, est ensuite
soumise à un essai de flexion lente en trois points. Pen-
dant l'essai, on enregistxe la courbe: effort en fonction
de la vitesse de deroulement du papier de l'enregistreur
(vitesse constante).
Le facteur K a ete calcule suivant la formule
donnee par la norme ASTM E399 (Bend Specimen) qui est:
p S . f (a/W)
B . W /
(en MPa
avec
P : charge maximum mesuree sur le graphique en newtons
S : distance entre appuis en m
W : largeur de l'eprouvette en m
B : epaisseur de l'eprouvette en m
a : longueur de la crique en m
Remarque: Mesure de la longueur a de la crique
L'eprouvette, après rupture, est projetee sur un
verre depoli a l'aide d'un profiloscope ~g = 20).
La partie de la cassure qui correspond ~ la crique
initiale en~endree par fatique est ensuite decalquee sur un
papier transparent. On mesure alors les longueurs des
:Eissures au quart, moitie et trois quarts de l'epaisseur de
l'eprouvette.
La valeur de a utilisee dans la formule est la
valeur mo~erlne des trois mesures.
- des eprouvettes pour essais de corrosion sous forme
- d`anneau~ C preleves dans le corps ayant 40 mm de largeur.
Ces eprouvettes ont ete testees en corrosion sous tension
-- 6
~LZ~63S~
suivant la norme AFNOR A 05-301.
Les resultats (valeurs moyennes) sont donnes dans
le tableau suivanto
-- 7 --
- - ~
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-- 8 --
~2~ S~
On observe pour les etuis A1, Bl, ~2 et B3,
traites en T6, que les lots Bl, B2 et B3 conformes à l'in-
vention, presentent des allongements à la rup~ure, dans le
sens travers de la partie peu corroyee du fond, nettement
superieurs a ceux du lot temoin Al. Par ailleurs, le lot
B2, ayant subi un ecrouissage apres trempe et avant revenu
situe dans le domaine preferentiel de l'invention (>1,5% et
<5~) presente un ensemble de caracteristiques de traction
plus performant que celui du lot BL pour lequel l'ecrouis-
sage a ete de 10 ~.
De plus, le lot B3, dont les conditions d'homo-
geneisation de mise en solution, d'ecrouissage entre trempe
et revenu sont situees dans le domaine preferentiel de
l'invention, apparalt comme particulièrement performant en
particulier en ce qui concerne les allongements a la ruptuxe
dans le sens iravers du fond de l'etui qui sont plus de
quatre fois plus eleves que ceu.~ du lot temoin A.
Enfin les lots B4x montrent que pour un traitement
du type T7 avec deux paliers, il est permis de conf~rer aux
alliages conformes a l'invention une resistance a la corro-
sion sous tension particulierement elevee.
EXEMPI.E 2
On a coule en semi-continu, sous forme de biellettes
de diametre 200 mm, trois alliages C, D et E de composition
~S ci-après:
(~ en poids) C D E
Fe 0,16 0,09 0,02
Si 0,10 0,05 0,02
Cu 1,45 1,~5 1,~5
~0 Mg 2,65 2,65 2,65
Zn 8,10 8,10 8,10
Mn 0,22 0,21 0,22
Cr 0,15 0,10 0,16
Zr 0,11 0,12 0,11
Ti 0,05 0,05 0,05
_ 9 .
~2~i3S~
l'alliage C, hors invention, constituant le témoin.
Chacun des alliages a ete homogeneise durant 24 h
à 475C, ecroute au diametre de 170 mm et transforme par
filage à chaud inverse a la temperature de 350-400C sous
forme de barre de diametre 50 mm. Les barres ont ete mises
en solution l h a 478C, trempees a l'eau froide et revenues
24 h a 120C.
Il a ete preleve dans les barres pour essais:
- des eprouvettes de traction lisses dans les sens long et
trav~rs pour mesure des caracteristi~ues R0,2, Rm et A %
\ ~
(sur 5,65 VSo).
- des eprouvettes de traction entaillees avec un coefficient
de concentration de contrainte egal a 8, dans le sens
travers, pour mesure de Re et determination du rapport
Re/R0,2.
- des eprouvettes d'essai de tenacite (format : 30 x 31~2SJ
epaisseur 12,5 mm) dans les sens L-R et C-R (designation
ASTM). Les conditions d'essais correspondant a la spé-
cification ASTM E399 ont permis de determiner le facteur
de concentration de contrainte ~c~
Les resultats (valeurs moyennes) sont donnes dans
le tableau 2 ci-apres.
-- 10 --
3~
TABLEAU 2
Sens* Alliage C Alliage D Alliage E
R0,2 (MPa) LT 630 690 685
Rm (MPa) LT 605 ~10 610
A (%) L T 4,9 _ 56',5 6,6
Re/R0,2 T 0,90 1,20 1,30
L-R 32 35 38
KIC ~Mpa ~ C-R 22 24 29
KI 2 L 0,215 0,255 0,310
_ R0,2 (ml T 0,163 0,19~ 0,290
* L : long T : travers C : circonferentiel
R : radial
A remarquer, en particulier, llamelioration des
proprietés dans le sens travers concernant plus particu-
lièrement la plasticité (A ~) et la ténacité (Re/R0,2 etKIC) dans le cas des alliages D et E conformes ~ l'inven-
tion, l'alliage E correspondant au domaine de composition
privilégié de l'invention, présentant le meilleur compoxte-
ment à cet egard. Il est à noter que la valeur du rappor-t
`(-R0 2) ~ui est representatif de la longueur cr1-tique d'une
issure entralnant la rupture catastrophique de la pièce
correspondante est presque egale dans les sens travers et
long pour ce dernier alliage.
- 11
