Brevet FR2289619A1 — publié le 19760528

La présente invention concerne les alliages à base d'aluminium pouvant etre utilisés pour la fabrication de pièces d'appareils volants ou d'autres structures rigides, pour lesquels les criteres déterminants sont la légèreté et la rigidité avec une résistance mécanique suffisante aux températures de l'ordre de 300"C. L'alliage proposé base d'aluminium se rapporte aux alliages déformables. Il a un poids relativement bas et est doué d'une rigidité suffisante. I1 peut etre utilisé avec une efficacité maximale dans la fabrication des structures rigides minces, dont le poids doit etre abaissé de 20 à 40%. On connatt un alliage déformable contenant en poids : 24 b 43% d'aluminiumet--57 à 76Wde béryllium Un tel alliage avec une aussi haute teneur en béryllium a un module d'élasticité élevé. L'alliage indiqué a une plasticité technologique abaissée comparativement aux alliages d'aluminium connus, et ceci limite ses applications. On connaft un alliage déformable à base d'aluminium, allié au magnésium, contenant 30 è 50% en poids de béryllium, Toutefois, la teneur élevée en béryllium (30% en poids et au-dessus) de l'alliage à base d'aluminium lui confère une grande rigidité. Vu la basse plasticité du béryllium, doté d'un-réseau cristallin hexagonal avec un rapport défavorable des paramètres, un tel alliage est difficile à employer, du point de vue technologique, pour la fabrication des habillages rigides minces des appareils volants. Cet alliage contient moins de béryllium que le précédent, mais il a aussi une plasticité technologique abaissée comparativement aux alliages d'aluminium connus, ce qui limite ses applications. Les alliages à base d'aluminium doués d'une plasticité technologique accrue sont nécessaires à la fabrication des pièces des apps- reils volants, par exemple des ailes minces. Dans la fabrication de certaines pièces, dont les pièces renforçant l'habillage de l'aile, le flan est soumis au pliage et au matriçage, Ceci implique une amélioration de l'alliage dans le sens d'accroissement de sa plasticité, par affinement de sa structure, ce qui est obtenu en choisissant d'une manière appropriée les constituants de l'alliage. En outre, l'alliage pour la fabrication desdites pièces des appareils volants doit assurer leur stabilité vis-à-vis des surcharges et etre suffisamment léger et résistant. Actuellement, on ne dispose pas d'alliage satisfaisant simultanément les prescriptions indiquées. Le but de l'invention est de supprimer les complications indiquées. On s'est proposé de créer un alliage à base d'aluminium, dont la composition serait telle qu'elle lui conférerait une plasticité technologique accrue tout en lui conservant une faible densité, un haut module d'élasticité et des caractéristiques mécaniques au niveau de ceux des alliages d'aluminium industriels, La solution consiste en un alliage à base d'aluminium, contenant du béryllium et du magnésium, dans lequel, d'après l'invention, outre les éléments indiqués pris aux pour cent en poids suivants-: béryllium 9,5 à 30,0 et magnésium 0,5 à 10,0, il y a 0,05 à 0,5% en poids de titane et 0,05 à 0 > 5% en poids de zirconium, le reste étant constitué d'aluminium. L'alliage proposé, contenant jusqu'à 30% en poids de béryllium, est doué d'une plasticité technologique plus élevée, ce qui est nécessaire quand la fabrication des pièces des structures exige l'exécution sur l'ébauche d'opérations telles que le pliage à petits rayons et l'embou- tissage. Les auteurs ont établi que l'abaissement de la teneur pondérale en béryllium de 30,0 à 9,5% dans l'alliage d'aluminium permet d'obtenir un alliage convenant à la fabrication depièces de forme plus compliquées, tout en assurant une rigidité de 1,5 à 2 fois plus grande que celle des alliages d'aluminium connus. La combinaison indiquée de propriétés dans l'alliage proposé résulte du fait que l'on emploie en tant que base de départ un mélange mécanique d'aluminium et de béryllium allié de magnésium, de titane et de zirconium, alors que, dans les alliages connus la base de départ est une solution solide, comme adopté pour les alliages à grande résistance L'incorporation de magnésium à l'alliage proposé, au taux indiqué, de pair avec des métaux chimiquement actifs tels que le titane et le zirconium, assure la formation d'une structure cristalline fine uniforme, favorisant les changements de forme de l'alliage lors de la fabrication des pièces de structures et augmentant sa plasticité technologique. Pour expliquer l'invention, on décrits ci-après, des exemples possibles de compositions de l'alliage. EXEMPLE 1 Composition pondérale de l'alliage Béryllium 29,0% Magne sium 0,5% Titane 0,05% Zirconium 0,05% Aluminium le complément. L'alliage a été élaboré par fusion d'une charge dans des fours ? induction à vide à atmosphère protectrice constituée de gaz inertes, puis alliage en fusion a été coulé en lingots. Les lingots peuvent etre transformes en barres, plats, profilés et autres demi-produits, ainsi qu'en telles de diverses épaisseurs. L'usinage par déformation pour l'obtention de ces demi-produits est exécuté à une température de 400 à 420 C. Les alliages ne requièrent pas de traitement thermique supplémentaire et sont pratiquement insensibles aux actions thermiques. Leurs propriétés mécaniques et leur structure ne donnent pas de changements visibles lors des échauffements prolongés. Propriétés mécaniques de l'alliage : Rr = 40 à 42 kg/mm, A = 20 à 30%, # = 25 à 35%, E = 13 500 kg/mm, y = 2,35 g/cm3, R eant la charge de rupture, # la striction de la partie étranglée de l'éprouvette, A l'allongement relatif de l'éprouvette, E le module d'élasticité, y le poids spécifique EXEMPLE 2 - composition pondérale de l'alliage Béryllium 29,0% Magnésium 5,0% Titane 0,05% Zirconium 0,05% Aluminium le complément. La méthode d'élaboration de l'alliage était analogue à celle de l'exemple 1, Propriétés mécaniques de l'alliage : Rr = 42 à 48 kg/mm, A = 20 à 25%, # = 30 à 40%, E = 13 500 kg/mm, &gamma; = 2,35 g/cm . EXEMPLE 3 On a élaboré un alliage ayant la composition pondérale suivante Béryllium 20,0% Magnésium 7,5% Titane 0,1% Zirconium 0,1% Aluminium le complément La méthode d'élaboration de l'alliage était analogue à celle de l'exemple 1 Propriétés mécaniques de l'alliage : Rr = 42 à 48 kg/mm, A = 20 à 34%, # = 40 à 50%, E = 11 500 kg/mm, &gamma; = 2,4 g/cm . EXEMPLE 4 On a élaboré un alliage ayant la composition pondérale suivante Béryllium 10,0% Magnésium 10,0% Titane 0,5% Zirconium 0,5% Aluminium le complément La méthode d'élaboration de l'alliage était analogue à celle de l'exemple 1 Propriétés mécaniques de l'alliage Rr = 43 à 47 kg/mm, A = 25 à 35%, # = 45 à 50%, E = 10 000 kg/mm &gamma; = 2,45 g/cm . Dans l'alliage proposé, la teneur en béryllium a été abaissée jusqu'à 10,0% en poids, la teneur en aluminium et en magnésium a été augmen tée, ce qui a eu une influence favorable sur la plasticité technologique de l'alliage, laquelle est déterminée par les caractéristiques telles que la résilience, la sensibilité aux entailles et aux concentrateurs de contraintes (fissures, rayures). Le béryllium est un métal à basse résilience I1 est très sensible aux entailles et aux concentrateurs de contraintes aigus. Le haut module d'élasticité (rigidité) de l'alliage lui est conféré par la présence de la phase béryllium dans sa structure, sa haute charge de rupture et sa résistance à la chaleur résultent de la présence de la phase béryllium et des additions de magnésium, de titane et de zirconium renforçant la phase aluminium. D'après leur structure, les alliages aluminiui-bérylliua peuvent etre rapportés aux matériaux composites, dans lesquels la base plastique tendre (phase aluminium) est renforcée par les fibres ou les lames de béryllium, selon le genre et le mode de transformation de l'alliage en demi-produit. La plasticité technologique et la résilience satisfaisantes sont dues à la haute plasticité de la phase aluminium. Le choix des constituants et de leurs proportions, selon l'invention, permet d'obtenir un alliage ayant un haut module d'élasticité, un faible poids spécifique, une grande charge de rupture et une plasticité technologique suffisamment élevées. L'alliage proposé est doué de propriétés mécaniques (charge de rupture, plasticité, module d'élasticité et poids spécifique) supérieures à celles des alliages existants, aussi bien nationaux qu'étrangers. L'alliage proposé est destiné à la fabrication de structures pour lesquelles les critères essentiels sont la légèreté et la rigidité, cosse par exemple les ailerons des avions, les gouvernails et les habillages des coques cylindriques. L'alliage faisant l'objet de-l'invention permet de fabriquer des éléments pour une seule utilisation à des texEratures allant jusqu'à 4000C, et des éléments pour service prolongé à des tespératures allant jusqu'à 2600C sans charges unilatérales prolongées pendant l'utilisation, L'alliage à base d'aluminium contenant 9,5 à 30,07. en poids de béryllium allège. notablement la fabrication des pièces de forme complexe et, en meme temps,-il assure un accroissement de la rigidité de 1,5 à 2 fois, comparativement aux alliages connus à base d'aluminium. Les essais ont montré que l'alliage conforme à l'invention est plus plastique que les alliages similaires connus, employés pour la fabrication des pièces des appareils volants. L'alliage proposé peut etre utilisé pour la fabrication aussi bien de toutes les pièces des structures, que de certaines d'entre elles seulement, pour la combinaison avec des pièces en alliages d'aluminium industriels connus, I1 va de soi que les spécialistes peuvent apporter à l'alliage, décrit à titre d'exemple nullement limitatif, diverses modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N Alliage à base d'aluminium, contenant du béryllium et du magnésium, caractérisé en ce que, outre 9,5 à 30,0 % en poids de béryllium et 0,5 à 10,0 % en poids de magnésium, il contient 0,05 à 0,5 % en poids de titane et 0,05 à 0,5 % en poids de zirconium, le complément étant constitué d'aluminium.