Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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DESCRIPTION :
Titre : Tôle en alliage 2XXX à haute performance pour fuselage d'avion
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne les tôles minces en alliages 2XXX, plus particulièrement,
de tels
produits, leurs procédés de fabrication et d'utilisation, destinés notamment à
la construction
aéronautique et aérospatiale.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Des produits laminés en alliage d'aluminium de plus en plus performants sont
développés
pour produire des éléments de fuselage destinés notamment à l'industrie
aéronautique. Les
tôles de fuselage sont soumises à de nombreuses sollicitations dépendant
notamment de la
phase de fonctionnement (décollage, croisière, manoeuvre, atterrissage...) et
des conditions
environnementales (variations de températures, intempéries, ...). En outre, il
existe une
motivation forte pour réduite tant le poids que les coûts de production.
Les alliages AA2024 ou AA2524 à l'état métallurgique T3 sont des alliages
couramment
utilisés pour la fabrication de tôles de fuselage. La demande EP1170394 Al
décrit de tels
alliages pour l'élaboration de tôles minces pour l'industrie aéronautique. Ces
tôles sont
décrites pour présenter une résistance accrue à la propagation de fissure.
Cependant, leur
compromis résistance mécanique / ténacité n'est pas aussi performant que
d'autres alliages
tels que l'alliage AA2139.
L'alliage AA2139, décrit notamment par le brevet US7229508, est en effet un
alliage tout à
fait performant en termes de propriétés pour les tôles de fuselage mais
présente une densité
relativement élevée par rapport aux solutions précédentes.
Récemment, un nouvel alliage a été proposé, l'alliage AA2029, offrant à l'état
métallurgique
T8 des performances améliorées, notamment en termes de compromis limite
d'élasticité
conventionnelle à 0,2%, d'allongement R0.2 et de ténacité, par rapport aux
alliages AA2024
et AA2524 tout en présentant une densité équivalente. La demande EP1776486A1
divulgue
des alliages Al-Cu-Mg-Ag-Zr répondant à la composition de l'alliage AA2029.
Cet alliage
comprend en particulier de 0,3 à 0,5% en poids d'argent ce qui en fait un
alliage onéreux,
dont le prix dépend du cours particulièrement fluctuant de l'argent. D'autre
part, bien que
les performances d'un tel alliage soient élevées, elles peuvent encore être
améliorées
notamment en termes de ténacité.
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L'invention vise à pallier les problèmes évoqués ci-dessus. En particulier, il
existe un besoin
d'un alliage 2)0(X présentant un compromis résistance mécanique / ténacité
amélioré par
rapport à l'alliage AA2524 T3 tout en ayant une résistance à la propagation de
fissure et une
densité équivalentes. Cet alliage doit également présenter une bonne
résistance à la
corrosion, être compatible avec le plaquage afin d'améliorer plus encore la
protection contre
la corrosion et présenter un excellent compromis coût économique /
performances
techniques. Enfin, la tôle en alliage recherché doit pouvoir être produite
selon des procédés
de fabrication conventionnels notamment en termes de coulée et de laminage, en
limitant ou
évitant toute étape non conventionnelle de fabrication.
OBJET DE L'INVENTION
L'invention est relative à une tôle mince en alliage à base d'aluminium
essentiellement
recristallisée et d'épaisseur comprise entre 0,25 et 12 mm comprenant, en % en
poids,
Cu 3,4 - 4,0 ; Mg 0,5 - 0,8 ; Mn 0,1 - 0,7 ; Fe < 0,15 ; Si < 0,15 ; Zr < 0,04
; Ag < 0,65; Zn
< 0,5 ; impuretés inévitables < 0,05 chacune et < 0,15 au total ; reste
aluminium.
Dans un mode de réalisation, la tôle mince a une teneur en Cu comprise entre
3,4 et 3,8% en
poids.
Avantageusement, la teneur en Mg est comprise entre 0,55 et 0,75% en poids,
préférentiellement entre 0,6 et 0,7% en poids.
Selon un mode préféré de réalisation, la teneur en Mn est comprise entre 0,2
et 0,5% en
poids, préférentiellement entre 0,25 et 0,45% en poids.
Avantageusement, la teneur en Zr est comprise entre 0,01 et 0,04 % en poids ou
inférieure à
0,01% en poids.
Préférentiellement, la tôle mince est telle que :
la teneur en Ag est comprise entre 0,01 et 0,25 % en poids et la teneur en Zn
est
inférieure à 0,1% en poids ou
la teneur en Ag est inférieure à 0,2 % en poids, préférentiellement 0,05 et
0,2% en
poids et la teneur en Zn est comprise entre 0,2 ou 0,4% en poids ou - la
teneur en
Ag est inférieure à 0,1 % en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,1% en
poids,
préférentiellement la teneur en Ag est comprise entre 0,02 et 0,1% en poids et
la teneur en
Zn est inférieure à 0,05% en poids, plus préférentiellement encore, la teneur
en Ag est
comprise entre 0,05 et 0,1% en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,05%
en poids.
Selon un autre mode de réalisation compatible avec les modes précédents, le
rapport
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Cu/Mg est compris entre 4,5 et 6,5, préférentiellement ce rapport est tel que
5 < Cu/Mg <
6.
De manière préférée, la tôle mince présente, à l'état T8, au moins deux des
propriétés
suivantes, préférentiellement au moins trois, plus préférentiellement encore
toutes les
propriétés suivantes :
UPE (T-L) > -0,00175 Rp0,2(TL) + 0,93, préférentiellement UPE (T-L) > -0,00175
Rp0,2(TL) + 0,96 et, plus préférentiellement encore, UPE (T-L) > -0,00175
Rp0,2(TL) +
0,99
avec UPE (T-L) en J/mm2 et Rp0,2(TL) en MPa ;
UPE (T-L) > 0,35 J/mm2, préférentiellement UPE (T-L) > 0,37 J/mm2;
vitesse d'avancée de fissure da/dN inférieure ou égale à 3.6 10-4 mm/cycle
pour un
AK de 15 MPa-\im ;
densité inférieure à 2,800, de préférence inférieure à 2,780,
préférentiellement
inférieure à 2,775 et de manière préférée inférieure à 2,770 et de manière
encore préférée
inférieure 2,765.
Le procédé de fabrication d'une tôle mince en alliage à base d'aluminium
essentiellement
recristallisée d'épaisseur comprise entre 0,25 et 12 mm comprenant
successivement les
étapes de:
a. élaboration d'un bain de métal liquide comprenant, en pourcentage en
poids, Cu 3,4
impuretés inévitables < 0,05 chacune et < 0,15 au total ; reste aluminium ;
b. coulée d'une plaque à partir dudit bain de métal liquide ;
c. homogénéisation de ladite plaque ;
d. laminage à chaud et, optionnellement, à froid de ladite plaque en une
tôle ayant une
épaisseur finale comprise entre 0,5 et 12 mm;
e. mise en solution et trempe de ladite tôle ;
f. traction de façon contrôlée de ladite tôle avec une déformation
permanente de 0,5 à
6%;
g. revenu de la tôle tractionnée par chauffage à une température comprise
entre 130 et
180 C pendant une durée de 10 à 100h.
Selon un mode de réalisation préféré, le revenu de la tôle fractionnée est
réalisé par chauffage
à une température comprise entre 155 et 165 C pendant une durée de 28 à 60h.
L'invention a également pour objet l'utilisation d'une tôle telle que décrite
ci-dessus ou
fabriquée selon le procédé précédemment détaillé en tant que tôle de fuselage
ou tôle pour
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l'élaboration de pièces hybrides stratifiées aluminium-composite aussi connues
sous
l'acronyme FML (Fiber Metal Laminate) pour les applications voilure ou
fuselage de
l'industrie aéronautique.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la
description qui suit
de modes de réalisation particuliers de l'invention donnés à titre d'exemple
non limitatif.
DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 illustre le compromis ténacité (énergie de propagation UPE dans le
sens T-L en
Emm2) - résistance mécanique (limite d'élasticité conventionnelle à 0,2%
d'allongement
R0,2 sens TL en MPa) des différentes tôles de l'exemple 1.
La figure 2 illustre le compromis ténacité (énergie de propagation UPE dans le
sens T-L en
Emm2) - résistance mécanique (limite d'élasticité conventionnelle à 0,2%
d'allongement
R0,2 sens TL en MPa) des différentes tôles de l'exemple 3.
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 signifie que la teneur en cuivre exprimée en % en poids
est multipliée
par 1,4. La désignation des alliages se fait en conformité avec les règlements
de The
Aluminium Association, connus de l'homme du métier. 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 page 2-12 et 2-13 de Aluminum Standards and Data . Sauf
mention
contraire, les définitions des états métallurgiques indiquées dans la norme
européenne EN
515 (1993) s'appliquent.
Sauf mention contraire, les caractéristiques mécaniques statiques en traction,
en d'autres
termes la résistance à la rupture Rrn, 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 ISO 6892-1 :2009, le prélèvement et le sens de l'essai étant
définis par la
norme I506361-1 :2011.
La vitesse de fissuration (da/dN) est déterminée selon la norme ASTM E 647-15.
L'essai
décrit dans cette norme permet de déterminer une courbe da/dN-AK où AK est la
variation
du facteur d'intensité de contrainte appliquée et da/dN est la vitesse
d'avancée de fissure.
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La ténacité a été évaluée par l'énergie de propagation unitaire (Unit
Propagation Energy,
UPE, aussi appelée ténacité Kahn ) d'un test de résistance à la déchirure
selon la norme
ASTM B871-01 (2013) dans le sens T-L. Elle est exprimée en J/mm2.
Dans le cadre de l'invention, la structure granulaire des échantillons est
caractérisée dans le
5 plan LxTC à mi-épaisseur, t/2 et est évaluée quantitativement après une
attaque
métallographique de type oxydation anodique et sous lumière polarisée. Le
terme
essentiellement recristallisé est utilisé lorsque la structure granulaire
présente une
proportion prédominante de grains recristallisés, typiquement lorsque plus de
80%,
préférentiellement plus de 90% et plus préférentiellement encore plus de 95%
des grains
sont recristallisés.
De préférence les grains recristallisés sont isotropes et présentent un aspect
ratio c'est à dire
un rapport entre la longueur moyenne et l'épaisseur moyenne inférieur ou égal
à 6, de
préférence inférieur ou égal à 5 et de manière préférée inférieur ou égal à 4.
Un faible aspect
ratio des grains dans le plan LxTC permet notamment d'améliorer la ténacité
des produits.
Selon la présente invention, une classe sélectionnée d'alliage d'aluminium
contenant des
quantités spécifiques et critiques du cuivre, magnésium, manganèse notamment
permet de
préparer des tôles minces présentant un compromis de propriétés amélioré en
particulier par
rapport aux tôles minces en alliage 2524 à l'état T3. Ainsi, l'invention a
pour objet une tôle
mince en alliage à base d'aluminium. Par tôle mince , on entend ici un
produit laminé
d'épaisseur comprise entre 0,25 et 12 mm, préférentiellement entre 0,3 et 8
mm, plus
préférentiellement encore entre 0,5 et 5 mm.
L'alliage à base à base d'aluminium à partir du lequel la tôle mince est
élaborée comprend,
en % en poids, Cu 3,4 ¨ 4,0 ; Mg 0,5 ¨ 0,8 ; Mn 0,1 ¨0,7 ; Fe < 0,15 ; Si <
0,15 ; Zr < 0,04;
Ag < 0,65; Zn < 0,5; impuretés inévitables < 0,05 chacune et < 0,15 au total ;
reste
aluminium.
La teneur en Cu de l'alliage est comprise entre 3,4 et 4,0% en poids,
préférentiellement entre
3,4 et 3,8% en poids. Une telle teneur de cuivre permet notamment d'obtenir un
alliage
présentant une bonne résistance mécanique. Cependant, l'augmentation de la
teneur en
cuivre dans l'alliage se fait au détriment de la densité.
La teneur en Mg est comprise entre 0,5 et 0,8% en poids, préférentiellement
entre 0,55 et
0,75% en poids et, plus préférentiellement encore, entre 0,6 et 0,7% en poids.
L'ajout de Mg
dans l'alliage est favorable pour l'obtention des produits présentant de
bonnes
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caractéristiques mécaniques et une faible densité. Cependant, au-delà de 0,8%
en poids, le
magnésium est susceptible de dégrader la ténacité.
Le rapport Cu/Mg est avantageusement compris entre 4,25 et 8,
préférentiellement entre 4,5
et 6,5, plus préférentiellement encore ce rapport est tel que 5 < Cu/Mg < 6.
Dans un mode
de réalisation avantageux, le rapport Cu/Mg est tel que 5 < Cu/Mg < 5,5,
préférentiellement
5 < Cu/Mg < 5,3. Dans un autre mode de réalisation, le rapport Cu/Mg est tel
que 5,5 <
Cu/Mg < 6, préférentiellement 5,7 < Cu/Mg < 5,9. Un rapport Cu/Mg supérieur à
8 n'est pas
favorable pour la densité de la tôle. Un rapport Cu/Mg inférieur à 4,25 peut
conduire à
l'obtention d'un produit ne présentant pas une ténacité suffisante pour
certaines des
applications visées.
La teneur en Mn de l'alliage est comprise entre 0,1 et 0,7% en poids,
préférentiellement entre
0,2 et 0,5% en poids, et plus préférentiellement encore, entre 0,25 et 0,45%
en poids. Le Mn
est un élément affinant du grain. Il a cependant été constaté qu'une teneur de
Mn supérieure
à 0,7% en poids peut être préjudiciable pour la vitesse de fissuration des
tôles (da/dN).
La teneur en Zr est inférieure ou égale à 0,04% en poids, de préférence
inférieure ou égale à
0,03% en poids. Selon un mode de réalisation avantageux, permettant en
particulier d'obtenir
un excellent compromis entre ténacité Kahn et limite d'élasticité R0,2, la
teneur en Zr est
comprise entre 0,01 et 0,04 % en poids. Selon un autre mode de réalisation, la
teneur en Zr
est inférieure à 0,01% en poids. Les présents inventeurs privilégient
notamment les tôles en
alliage comprenant peu de Zr afin de pouvoir recycler plus aisément les tôles
et les copeaux
ou chutes d'usinage issus des procédés de fabrication de telles tôles ou des
industries
aéronautiques. De plus, la teneur de Zr sélectionnée permet de maintenir une
structure
granulaire essentiellement recristallisée quel que soit le procédé de
fabrication de la tôle
utilisé.
La teneur en Ag est inférieure ou égale à 0,65% en poids, préférentiellement
inférieure à
0,5% en poids et plus préférentiellement inférieure à 0,4% en poids. La teneur
en Zn est
inférieure ou égale à 0,5% en poids.
Selon un mode de réalisation avantageux, la teneur en Ag est comprise entre
0,01 et 0,25 %
en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,1% en poids. Les tôles selon un
tel mode de
réalisation présentent notamment un excellent compromis ténacité (notamment
ténacité
Kahn) - Rpo,2. Ainsi, l'énergie de propagation UPE (T-L) de telles tôles est
avantageusement
supérieure à 0,32 J/mm2 et de préférence supérieure à 0,4 J/mm2 tandis que la
limite
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d'élasticité Rpo,2 (TL) est supérieure à 350 MPa. Avantageusement, de telles
tôles présentent
en outre une résistance à la rupture Rõ, (TL) supérieure à 400 MPa.
Selon un autre mode de réalisation, la teneur en Ag est inférieure à 0,2 % en
poids,
préférentiellement entre 0,1 et 0,2% en poids, et la teneur Zn est comprise
entre 0,2 ou 0,4%
en poids. Les tôles selon un tel mode de réalisation présentent, outre en
particulier un bon
compromis ténacité (notamment ténacité Kahn) et Rpo,2 (TL), des propriétés
mécaniques
élevées tant dans le sens L que dans le sens TL. Avantageusement, de telles
tôles présentent
une limite d'élasticité Rpo,2 (L) supérieure à 360 MPa et de préférence
supérieure à 395 MPa
et une résistance à la rupture supérieure R., (L) supérieure à 400 MPa et de
préférence
supérieure 435 MPa ainsi qu'une limite d'élasticité Rpo,2 (TL) supérieure à
340 MPa et de
préférence supérieure à 365 MPa et de manière préférée supérieure à 375 MPa et
une
résistance à la rupture supérieure R., (TL) supérieure à 390 MPa et de
préférence supérieure
à 405 MPa et de manière préférée supérieure à 425 MPa. De préférence de telles
tôles
présentent une ténacité Kahn telle que l'énergie de propagation UPE (T-L) de
telles tôles est
supérieure à 0,25 J/mm2 et de préférence supérieure à 0,3 J/mm2. Ce mode de
réalisation est
intéressant car avec un faible ajoût de Ag, il permet d' attenidre une limite
d'élasticité élevée
et un compromis avantageux avec la ténacité, notamment UPE (T-L) > -0,00175
R0,2(TL)
+ 0,96.
Selon encore un autre mode de réalisation, la teneur en Ag est inférieure à
0,1 % en poids et
la teneur en Zn est inférieure à 0,1% en poids, préférentiellement la teneur
en Ag est
comprise entre 0,02 et 0,1% en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,05%
en poids,
plus préférentiellement encore, la teneur en Ag est comprise entre 0,05 et
0,1% en poids et
la teneur en Zn est inférieure à 0,05% en poids. De telles tôles présentent
l'avantage d'un
compromis de propriétés supérieur à celui des tôles en alliage 2524 T3 tout en
présentant un
avantage économique. Les inventeurs ont constaté que la teneur de Zn dans
l'alliage
sélectionné influence la résistance à la corrosion. A titre d'exemple, une
teneur en Zn
d'environ 0,3% en poids est bénéfique pour la résistance à la corrosion tandis
qu'une teneur
de 0,6% ou plus diminue la résistance à la corrosion. De plus, le compromis
limite
d'élasticité (Rpo,2) / ténacité (UPE) peut être amélioré en présence de Zn
mais se dégrade
pour une teneur de 0,6% en poids et plus.
Selon encore un autre mode de réalisation, la teneur en Ag est inférieure à
0,01 % en poids
et la teneur en Zn est inférieure à 0,01% en poids.
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Le fer et le silicium affectent généralement les propriétés de ténacité. Les
teneurs en Fe et
en Si devraient de préférence être d'au plus 0,15% en poids chacune,
préférentiellement
inférieures à 0,10% en poids chacune.
Tous les autres éléments, notamment les impuretés inévitables et les éléments
accessoires
tels que Ti, sont d'au plus 0,05% en poids chacun et d'au plus 0,15% en poids
au total.
Selon un mode de réalisation, les tôles minces en alliage à base d'aluminium
sont fabriquées
à l'aide d'un procédé comprenant successivement les étapes d'élaboration d'un
bain de métal
liquide comprenant les éléments d'alliages détaillés précédemment, de coulée,
d'homogénéisation, de laminage à chaud et, optionnellement, à froid, de mise
en solution et
trempe, de traction contrôlée et de revenu.
Selon un mode de réalisation avantageux, la coulée d'une plaque à partir du
bain de métal
liquide est réalisée par coulée semi-continue avec un refroidissement direct.
La plaque est homogénéisée, préférentiellement à une température comprise
entre 480 et
560 C, plus préférentiellement encore entre 520 et 540 C, pendant une durée de
4 à 20h,
avantageusement 10 à 14h.
La plaque homogénéisée est ensuite laminée à chaud et, optionnellement, à
froid en une tôle
ayant une épaisseur finale comprise entre 0,25 et 12 mm. Avant le laminage à
chaud, les
plaques sont avantageusement chauffées à une température de 420 à 480 C,
préférentiellement 440 à 460 C pendant 10 à 20h.
Les tôles sont mises en solution, par exemple à une température comprise entre
490 et 560 C,
préférentiellement 520 et 540 C pendant 20 min à 2h, préférentiellement 30
minutes à 1h,
puis trempées.
Les tôles homogénéisées sont soumises à une traction contrôlée avec une
déformation
permanente de 0,5 à 6%, préférentiellement de 3 à 6%. De tels taux
d'écrouissage à froid
peuvent également être obtenus par laminage à froid, planage, forgeage ou une
combinaison
de ces méthodes et de la traction contrôlée. La traction contrôlée avec une
déformation
permanente sélectionnée permet notamment d'augmenter les propriétés mécaniques
des
tôles selon l'invention.
Les tôles sont finalement soumises à un vieillissement artificiel ou revenu à
une température
comprise entre 130 et 180 C pendant une durée de 10 à 100h. Selon un mode de
réalisation
avantageux permettant d'obtenir un produit aux propriétés mécaniques
particulièrement
élevées, le revenu de la tôle tractionnée est réalisé par chauffage à une
température comprise
entre 155 et 165 C pendant une durée de 28 à 60h. Selon un autre mode de
réalisation
avantageux permettant notamment de réduire la durée de traitement le revenu de
la tôle
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fractionnée est réalisé par chauffage à une température comprise entre 170 et
190 C pendant
une durée de 10 à 20h.
Les tôles selon l'invention présentent, à l'état T8 c'est-à-dire à l'issue du
revenu, au moins
deux des propriétés suivantes, préférentiellement au moins trois des
propriétés suivantes,
plus préférentiellement encore toutes les propriétés suivantes :
UPE (T-L) > -0,00175 Rp0,2(TL) + 0,93, préférentiellement UPE (T-L) > -0,00175
Rp0,2(TL) + 0,96 et, plus préférentiellement encore, UPE (T-L) > -0,00175
Rp0,2(TL) + 0,99
avec UPE (T-L) en J/mm2 et Rp0,2(TL) en MPa;
UPE (T-L) > 0,3 J/mm2, de préférence> 0,35 J/mm2, préférentiellement UPE (T-L)
>
0,37 J/mm2 ;
vitesse d'avancée de fissure da/dN inférieure ou égale à 3.6 10-4 mm/cycle
pour un AK
de 15 M Pa:Vm ;
densité inférieure à 2,800, de préférence inférieure à 2,780,
préférentiellement inférieure
à 2,775 et de manière préférée inférieure à 2,770 et de manière encore
préférée inférieure
2,765
. Rp0,2(TL) > 355 MPa, de préférence> 360 MPa, préférentiellement> 365 MPa.
Les tôles selon l'invention présentent, à l'état T8, un compromis ténacité /
résistance
mécanique, en particulier un compromis énergie de propagation UPE (T-L) en
J/mm2/ limite
d'élasticité conventionnelle à 0,2% d'allongement R0,2 (TL) en MPa supérieur à
celui de
l'alliage AA2524 à l'état T3.
Les caractéristiques mécaniques élevées des alliages selon l'invention
permettent de
fabriquer des tôles minces particulièrement adaptées pour l'industrie
aéronautique,
notamment pour être utilisées en tant que tôles de fuselage ou tôles pour
l'élaboration de
pièces hybrides stratifiées aluminium-composite aussi connues sous l'acronyme
FML (Fiber
Metal Laminate) pour les applications voilure ou fuselage de l'industrie
aéronautique. En
outre, la tôle de l'invention n'induit généralement pas de problème
particulier pendant les
opérations ultérieures réalisées sur la tôle à l'état T8.
La résistance à la corrosion de la tôle selon l'invention est typiquement
élevée.
Ces aspects, ainsi que d'autres de l'invention, sont expliqués plus en détails
à l'aide des
exemples illustratifs et non limitatifs suivants.
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EXEMPLES
Exemple 1
Dans cet exemple, des tôles en alliage 2XXX ont été préparées.
11 plaques, dont la composition est donnée dans le tableau 1, ont été coulées
sous forme de
5 plaques de 70 mm par 190 mm par 1000 mm.
Tableau 1 Composition en % en poids des plaques et densité correspondante
Alliage Cu Mg Mn Zr Ag Zn Si Fe Ti
Densité
A
(AA2029) 3'6 0'90 0,31 0,12 0,44 - <0,07
<0,05 0,03 2,773
(AA2139) 4'9 0'38 0,31 <0,01 0,38 - <0,07
<0,05 0,03 2,803
(AA2524) 4'2 1'29 0,61 - - - <0,07
<0,05 0,04 2,774
D 3,4 0,68 0,31 <0,01 0,06 - <0,07
<0,05 0,03 2,763
3,6 0,68 0,32 <0,01 0,17 - <0,07
<0,05 0,03 2,769
3,5 0,59 0,30 <0,01 0,35 - <0,07
<0,05 0,03 2,771
G 3,6 0,70 0,30 <0,01 0,35 - <0,07
<0,05 0,03 2,773
H 3,4 0,60 0,56 0,03 0,35 - <0,07
<0,05 0,03 2,773
3,5 0,64 0,33 <0,01 0,62 - <0,07
<0,05 0,03 2,777
3,5 0,69 0,31 <0,01 0,05 0,3 <0,07 <0,05 0,03 2,770
K1 3,5
0,60 0,29 <0,01 0,16 0,3 <0,07 <0,05 0,04 2,772
K2 3,5
0,60 0,29 <0,01 0,34 0,3 <0,07 <0,05 0,04 2,776
Les plaques ont été homogénéisées 12 heures à 530 C. Elles ont été
préchauffées 12 à 18h
à 450 C avant d'être laminées à chaud puis laminées à froid pour obtenir des
tôles minces
10 d'une épaisseur de 3 mm. Les tôles ont été mises en solution 45 minutes
à 530 C puis
tractionnées avec une déformation contrôlée de 2 à 4%. Elles ont été soumises
à un
vieillissement artificiel dont les conditions sont détaillées dans le tableau
2 ci-dessous. A
l'issue de procédé de fabrication, les tôles D à K ont toutes présenté une
structure
essentiellement recristallisée (taux de recristallisation à T/2 supérieur à
90%). L'aspect ratio
dans le plan L/TC a été déterminé pour les exemples A, B et C et était de 9,3,
2,7 et 4,7,
respectivement.
Les tôles ont été testées pour déterminer leurs propriétés mécaniques
statiques. La limite
d'élasticité R0,2, la résistance à la rupture Rrn et l'allongement à la
rupture A, dans le sens L
et le sens TL, sont présentés dans le Tableau 2.
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Tableau 2 Conditions de traction contrôlée et de revenu des tôles minces
associées aux
propriétés mécaniques
% de Revenu Sens L Sens TL
Tôle déformation Durée Température Rp0,2 Rm A Rp0,2 Rm A
en traction (h) ( C) (1VIPa) (1VIPa) (%)
(1VIPa) (1VIPa) (%)
A 2 14 175 399
438 13,1 385 437 11,7
B 2 14 175 430
472 12,8 411 464 12,4
2 0 175 319 455 23
2 3 175 319 447 22
C 2 6 175 366 459 18
2 9 175 407 473 14
2 12 175 436 484 11
2 14 175 330 381
12,3
D 4 14 175 349 394
12,2
E 2 14 175 357 406
12,5
2 14 175 398 439 12,55 373
428 14,3
2 25 160 373 431
15,5
F 2 30 160 379 434
15,0
2 50 160 384 434
14,5
G 2 14 175 429
465 11,7 399 450 12,8
H 2 14 175 399
435 13,5 377 429 13,0
I 2 14 175 372 420
13,4
J 2 14 175 348 397
12,9
K1 2 14 175 401
438 12,4 378 429 13,0
K2 2 14 175 390 430 13,15 367
421 13,6
La ténacité a été évaluée par la méthode dite du Kahn test selon la norme ASTM
B871-01
(2013), les résultats sont donnés dans le tableau 3.
Tableau 3 Résultats du Kahn test
% de Revenu Energie de
propagation
Tôle déformation Durée Température UPE dans le
en traction (h) ( C) sens T-L
(J/m m2)
A 2 14 175 0,305
B 2 14 175 0,305
2 0 175 0,344
2 3 175 0,349
C 2 6 175 0,246
2 9 175 0,177
2 12 175 0,147
D 2 14 175 0,429
E 2 14 175 0,408
F 2 14 175 0,329
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G 2 14 175 0,301
H 2 14 175 0,380
2 14 175 0,476
2 14 175 0,386
K1 2 14 175 0,308
K2 2 14 175 0,327
La figure 1 illustre le compromis ténacité (énergie de propagation UPE dans le
sens T-L en
J/mm2) et résistance mécanique (limite d'élasticité conventionnelle à 0,2%
d'allongement
R0,2 sens TL en MPa) des différentes tôles. En particulier, les compromis
ténacité/résistance mécanique des tôles D-K2 à l'état T8 (revenu de 14h à 175
C) sont
comparés aux compromis ténacité/résistance mécanique des tôles A (AA2029) et B
(AA2139) à l'état T8 et C (AA2524) soumis à une cinétique de revenu (état T3 :
absence
de revenu ou T8 : revenu de 3, 6, 9 et 12h à 175 C).
La relation entre l'énergie de propagation UPE et la ténacité est directe bien
que les valeurs
de UPE ne puissent pas être utilisées pour prédire les résultats de la courbe
R
d'échantillons larges en raison des géométries différentes des tests.
Les vitesses d'avancée de fissure en fatigue mesurées selon la norme ASTM E
647-15 sont
fournies dans le tableau 4 pour la direction T-L. Toutes les tôles sont à
l'état T8 (conditions
de revenu : 14h à 175 C) à l'exception de la tôle C qui est à l'état T3.
Tableau 4 Vitesse d'avancée de fissure (mm/cycle) en fonction de AK (1V1Pa-gm)
Tôle AK (MPa \ilm)
10 15 20
A 1,31E-04 3,65E-04 6,77E-04
1,27E-04 2,47E-04 4,78E-04
D 1,01E-04 3,52E-04 6,72E-04
1,11E-04 3,49E-04 6,69E-04
G 1,17E-04 3,58E-04 6,60E-04
H 1,27E-04 3,75E-04 7,15E-04
1,01E-04 3,52E-04 6,72E-04
K1 1,11E-04 3,52E-04 6,96E-04
K2 1,10E-04 3,56E-04 6,90E-
04
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Exemple 2
Dans cet exemple, l'influence des conditions de revenu (ou vieillissement
artificiel) a été
étudié sur des échantillons provenant de la coulée de l'alliage F (de
composition détaillée
au tableau 1), transformés en tôles de 3 mm selon les conditions de procédé de
l'exemple 1
exception faite du revenu.
Les conditions de revenu sont données dans le tableau 5. Les tôles ont été
testées pour
déterminer leurs propriétés mécaniques statiques. La limite d'élasticité
Rpo,,, la résistance à
la rupture Rn: et l'allongement à la rupture A, dans le sens L et le sens TL,
sont présentés
dans le
Tableau 5 Conditions de revenu des tôles minces à alliage F associées aux
propriétés
mécaniques
Vieillissement Sens L Sens LT
Alliage Durée Température
R0,2 Rm A R0,2 Rm A
(h) ( C) (1VIP a) (1VIP a) ( % ) (1VIP a)
(1VIP a) ( % )
14 175 398 439 12,55 373 428 14,3
25 160 373 431 15,5
30 160 379 434 15,0
50 160 384 434 14,5
Exemple 3
Dans cet exemple, des tôles en alliage 2XXX ont été préparées à une échelle
industrielle.
4 plaques, dont la composition est donnée dans le tableau 6, ont été coulées
sous forme de
plaques de 310 mm par 2650 mm par 2900 mm.
Tableau 6 Composition en % en poids des plaques
Alliage Cu Mg Mn Zr Ag Zn Si Fe Ti
3,6 0,63 0,32 <0,01 0,25 0,05 0,02 0,04 0,05
3,7 0,62 0,32 <0,01 0,15 0,29 0,03 0,03 0,05
3,7 0,61 0,32 <0,01 <0,01 <0,01 0,02 0,03 0,05
0 3,6 0,65 0,29 <0,01 <0,01 0,27 0,02 0,03 0,05
Les plaques ont été homogénéisées 20 heures à 525 C. Elles ont été
préchauffées 12 à 18h
à 460 C avant d'être laminées à chaud pour obtenir des tôles minces d'une
épaisseur de 4
mm. Les tôles ont été mises en solution 30 minutes à 510 C puis tractionnées
avec une
déformation contrôlée de 2 à 4%. Elles ont été soumises à un vieillissement
artificiel de 14
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heures à 175 C. Les tôles L à 0 ont toutes présenté une structure
essentiellement
recristallisée (taux de recristallisation à T/2 supérieur à 90%). Les tailles
de grains ont été
mesurées à mi-épaisseur sur des coupe L/TC selon la norme ASTM E112. Les
résultats sont
présentés dans le tableau 7.
Tableau 7 Caractérisation des tailles de grain
Taille de grain (mn) Coupe
T L/TC
'ôle
Longueur Epaisseur Aspect
moyenne moyenne ratio
110 25 4,4
137 29 4,8
120 28 4,3
0 153 31 5,0
Les tôles ont été testées pour déterminer leurs propriétés mécaniques
statiques. La limite
d'élasticité R0,2, la résistance à la rupture Rrn et l'allongement à la
rupture A, dans le sens L
et le sens TL, sont présentés dans le Tableau 8.
Tableau 8 Propriétés mécaniques des tôles industrielles
Sens TL
Tôle Rp0,2 Rm A
(1V1Pa) (1V1Pa) (%)
= 369 418 13,8
367 413 13,1
= 354 402 12,6
O 349 398 13,2
La ténacité a été évaluée par la méthode dite du Kahn test selon la norme ASTM
B871-01
(2013), les résultats sont donnés dans le tableau 9 et sur la Figure 2.
Tableau 9 Résultats du Kahn test
Tôle Energie de propagation UPE
dans le sens T-L (J/mm2)
0,338
0,319
0,369
0 0,361
