Brevet FR2542762A1 — publié le 19840921

ALLIAGE D'ALUMINIUM POUR ELEMENTS DE FERMETURE BLINDES ANTIPROJECTILES La présente invention concerne un alliage d'aluminium de la série 7000, (selon la désignation connue de l'association dite Aluminium association") spécialement adapté pour une utilisation dans les blindages et particulièrement pour des éléments de fermeture composites blindés tels que les fenêtres et les portes blindées. Pour la fabrication d'éléments de fermeture en alliage léger, on utilise normalement des alliages d'aluminium de la série 6000, car ces alliages présentent de bonnes caractéristiques de malléabilité, de résistance à la corrosion et d'oxydation anodique, qui permettent d'obtenir différents effets décoratifs en architecture. Un alliage particulièrement adapté pour cette utilisation est, par exemple, l'alliage 6000 ayant la composition suivante (pourcentage en poids): Si ................... de 0,30 à 0,60% Cu ................. jusqu'à 0,10% Mg ................ de 0,35 à 0,60% Zn ................. jusqu'à 0,15% Fe ................... de 0,10 à 0,30% Mn ................. jusqu'à 0,10% Cr ................ jusqu'à 0,05 Ti ................. jusqu'à 0,10% et pouvant éventuellement contenir d'autres éléments en une proportion maximum de 0,15%, chacun desdits éléments pouvant atteindre, -au maximum, 0,05%; le complément pour atteindre 100% étant formé d'Al. Ces alliages de la série 6000 présentent, entre autres, une résistance mécanique insuffisante pour qu'ils puissent être employés dans des fonctions de blindage antiprojectile, et, dans le cas où on les utilise pour l'obtention d'éléments de fermetures, on insère dans ces éléments une ou plusieurs plaques en acier (structure en forme de composite en "sandwich") ou bien on applique sur la partie frontale desdits éléments, des "ecussons" de matériaux idoines résistant à la pénétration de projectiles comme, par exemple, des plaques en matériaux métallocéramiques ou similaires. Il est évident que cette structure composite "en sandwich" complique les différents processus de fabrication et d'assemblage, tandis que les éléments de fermeture renforcés au moyen d'écussons se prêtent moins aux exigences de décoration architecturale. Pour réaliser des éléments de fermeture en alliage léger antiprojectile, on pourrait utiliser des alliages en aluminium présentant une résistance mécanique élevée comme, par exemple, les alliages 7075, 7010 et similaires. Ces alliages présentent, entre autres inconvénients, une malléabilite réduite et se prêtent mal aux traitements de finition superficielle et en particulier d'oxydation anodique. Entre autres, les produits semi-finis présentent, après anodisation, une résistance réduite 3 la corrosion à cause des mauvaises caractéristiques de protection de l'oxyde obtenu par voie anodique. Le but de la présente invention est de proposer un alliage léger qui présente conjointement de façon équilibrée, une haute résistance mécanique dans le but de résister à la pénétration de projectile, de bonnes caractéristiques de malléabilité, une bonne aptitude à l'oxydation anodique, et une résistance correcte à la corrosion après anodisation, propriétés qui rendent possible l'adaptation technique et économique dudit alliage pour son utilisation dans des articles biindés résistant à la pénétration des projectiles. Un autre but de la présente invention est de réaliser des éléments de fermeture blindés composites antiprojectiles. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, faite à titre non limitatif, d'un alliage d'aluminium qui présente la composition suivante (pourcentages en poids). Si ., jusqu'à 0,08% Fe ................... jusqu'à 0,12% Cu ................. de 0,6 à 0,90% Mn ................ de 0,05 à 0,20% Mg .................. de 1,5 à 1,9% Zn ................... de 4,6 à 5,2 % Zr : de 0,08 à 0,14 Ti .................. jusqu'à 0,03% et contient éventuellement d'autres éléments en une proportion maximum de 0,10%, chacun desdits éléments pouvant être présent en une proportion pouvant atteindre 0,03%, le complément pour atteindre 100% etant forme d'Al. Cet alliage, selon l'invention, présente une bonne malléabilité au laminage et à l'extrusion et permet l'obtention de produits semi-finis destinés à d'autres traitements mécaniques pour l'obtention d'éléments de fermeture consistant en des portes, des portes-vitrées, des fenêtres et similaires. Ces éléments de fermeture sont avantageusement réalisés selon l'invention de façon composite, par exemple, la partie frontale externe est réalisée avec des produits semi-finis en alliage selon l'invention et la partie interne avec des produits semi-finis en alliages conventionnels, par exemple l'alliage 6060, lesdites parties frontale et interne étant assemblées entre elles par des dispositifs connus et éventuellement maintenues espacées dans un but d'isolement par un matériau isolant thermique non métallique connu formant "coupure thermique Les caractéristiques de l'alliage, selon l'invention, et son application à un élément de fermeture composite blindée sont illustrés dans les exemples qui suivent et dans la figure annexée donnée à titre illustratif et nullement limitatif.Cette figure 1 montre, de façon schématique et partielle, une section transversale d'un modèle simplifié d'un élément de fermeture composite blindé. EXEMPLE 1 On coule, en semi-continu, sous forme de billettes rondes d'un diamètre de 250 mm, un alliage ayant la composition suivante: (% en poids) Si .................... 0,07% Fe .................... 0,09% Cu .................... 0,78% Mn .................... 0,12% Mg .................... 1,68% Zn .................... 4,98% Zr .................... 0,11% Ti ............... 0,012t autres éléments : traces Al = le complément à ... 100% Cette billette est homogénéisée à environ 4650C pendant 20 heures, ensuite après refroidissement à température ambiante, elle est tournée puis extrudée en profilés plats de 12,5 x 175 mm, après un préchauffage à environ 415 C. Le profilé plat ainsi obtenu est soumis au cycle suivant de traitement thermique: solubilisation à environ 4600C pendant 2 heures, trempe à l'eau a température ambiante, étirage d'environ 1,5%, vieillissement artificiel en deux étapes successives dont la premiers à environ 1000C pendant 9 heures et la seconde à environ 1500C pendant 11 heures. Sur le profilé ainsi obtenu, on prélève des éprouvettes et des échantillons sur lesquels sont déterminés les caractéristiques de résistance à la traction, de dureté et d'aptitude à l'oxydation anodique en bain traditionnel à l'acide sulfurique, ainsi que la résistance à la corrosion atmosphérique externe (12 mois en atmosphère industrielle). Les résultats des épreuves sont reportés sur le tableau 1 dans lequel sont aussi reportés, à des fins de comparaison, les résultats analogues obtenus avec un profilé plat identique en l'alliage 7075, produit de façon similaire et traité selon le cycle connu T 6510. A l'analyse, cet alliage se révèle avoir la composition suivante (% en poids). Si ................... 0,17% Mn ...... 0,1% Ti ..................... 0,03% Fe ..................... 0,24% Mg ..................... 2,5% Cu ..................... 1,6% Zn ..................... 5,7% Cr 0,22% Zr ...................... 0,11% autres éléments .......... > à 0,05% Ai = le complément à ... 100% Les données reportées dans le tableau 1 montrent de façon évidente que les caractéristiques de l'alliage selon l'invention, sont sensiblement différentes et meilleures, eu égard aux buts de l'invention, que celles de l'alliage 7075 utilisé dans les essais comparatifs. EXEMPLE 2 A partir de la billette de l'alliage selon l'Exemple 1, sont produits deux profilés plats de dimensions 180 x 6 mm et 175 x 12,5 mm suivant les mêmes operations métallurgiques que celles qui sont décrites dans l'Exemple 1. Ces profilés sont soumis à une épreuve balistique conventionnelle après avoir été fixés sur un support métallique. Dans le tableau 2 sont indiquées les résultats relatifs à ces épreuves qui montrent les excellentes caractéristiques de résistance à la pénétration des projectiles des profiles en alliage selon l'invention. EXEMPLE 3 Dans cet exemple, est illustrée l'utilisation de l'alliage selon l'invention comme élément frontal antiprojectile d'un élément de fermeture composite, selon l'invention, représenté partiellement et schématiquement en section transversale sur la figure 1. Sur cette figure, le repère 1 désigne l'élément frontal antiprojectile en alliage, selon l'invention, 2 et 2a désignant les éléments structuraux de l'élément de fermeture en alliage 6060 T5, et 3 désigne la feuille en verre blindé dudit élément de fermeture (porte vitrée). Sur un exemple d'élément de fermeture structure de façon simplifiée, comme celui décrit ci-dessus et représenté à la figure 1, qui comprend un élément frontal en forme de profile plat extrudé, d'une épaisseur de 10 mm (obtenu par un procédé métallurgique analogue à celui de l'Exemple 1), on effectue un test balistique pour démontrer que dans l'accouplement des éléments respectivement en alliage 6060 et en alliage selon l'invention, le premier élément en alliage 6060 peut avoir, outre sa principale fonction (structurelle), également une fonction de coopération à des fins balistiques. En effet, en adoptant les conditions de tir indiquées ci-dessous, critiques pour une épaisseur de 10 mm de l'élément frontal en alliage selon l'invention, tous les projectiles tirés (n08) perforent l'élément frontal et sont arrêtés par l'élément structurelle situé derrière formé d'un alliage 6060 qui subit simplement une déformation locale.Les conditions de tir de l'essai ci-dessus sont données ci-après: arme Révolver Uberti Calibre 44 Remington Magnum, . projectile * Half Jacket Hollow Point de 11,6 gr, . V3 ......................... 514 m/s, Ec3 ........................ 1540 joules, distance de tir ................ 5 m, . trajectoire du projectile ........ perpendiculaire à la surface de l'élément frontal, . distance entre les points d'impact des projectiles ............... mini. 23 mm, maxi. 85 mm L'alliage selon l'invention, décrit précédemment, est particu lièrement adapte à l'utilisation dans des éléments destinés à des portes et fenêtres blindées, spécialement du type composite comme précédemment décrit selon une réalisation de l'invention, mais peut être utilisé aussi dans de nombreux autres cas d'application dans lesquels est demandée une association équilibrée de caractéristiques mécaniques, de malléabilité, d'aptitude a l'oxydation anodique et de résistance à la corrosion, comme par exemple des éléments pour véhicules blindés ou similaires. TABLEAU 1 Echantillons R Rp (0,2 Extrudibilité Aptitude à Résistance à la d'alliage N/mm N/mm A5 % HB (1) l'oxydation corrosion en anodique ambiance extérieure alliage selon 515 475 11,5 143 bonne bonne bonne l'invention alliage 7075 625 590 8 170 réduite réduite réduite R = contrainte de rupture à traction; Rp (0,2) = contrainte au-delà de la zone proportionnelle; Ag = pourcentage d'élongation à la rupture mesurée sur une base de longueur Lo = 5,65xVSo, Oa So représente la section résistante de l'éprouvette;; HB = dureté Brinell (bille de 2,5 mm, charge 613 N, durée 15 s). (1) = évaluée pendant la production du profilé plat (extrusion directe avec matriceà une lumière). TABLEAU 2 PROJECTILE EPAISSEUR ARME DES RESULTATS Type et poids V3 Ec3 PROFILES en g mis joule Révolver UBERTI Métal Piercing 409 856 6 mm tous les projectiles (5) Calibre 357 10,2 sont arrêtés Magnum Révolver UBERTI Half Jacket 494 1423 12,5 mm tous les projectiles (5) Calibre 44 11,65 sont arrentés Remington Magnum V3 = vitesse du projectile à 3 metres de la sortie de l'arme, Ec3 = énergie cinétique à 3 mètres de la sortie de l'arme. Conditions de tir: . distance de la sortie de l'arme au profilé ......... 5 m trajectoire du projectil .... perpendiculaire à la surface des profilés . distance entre les points d'impact des projectiles ..... minimum 35 mm maximum 50 mm REVENDICATIONS 1.- Alliage d'aluminium, caractérisé en ce qu'il présente la composition suivante, en poids exprimée en %: Si ....................... jusqu'à 0,08% Fe ....................... jusqu'à 0,12% . Cu ..................... de 0,6 à 0,9% . Mn ...................... de 0,05 à 0,20% . Mg ...................... de 1,5 à 1,9% . Zn .................... de 4,6 à 5,2% . Zr ..................... de 0,08 à 0,14% Ti ...................... jusqu'à 0,03% contient éventuellement d'autres éléments en une proportion maximum de 0,10%, chacun desdits éléments pouvant au maximum atteindre 0,03%; le complément pour atteindre 100% étant forme d'Al. 2.- Application de l'alliage selon la revendication 1 à la réalisation d'éléments de fermeture résistant à la pénétration.des projectiles. 3.- élément de fermeture blindé composite résistant à la pénétration de projectiles, destiné particulièrement à être utilisé dans des édifices domestiques et industriels, caractérisé en ce qu'il comporte un élément frontal formé dans l'alliage selon la revendication 1 et au moins un élément interne formé dans un alliage de la série 6000, de préférence l'alliage 6060, l'élément frontal et l'élément interne étant assemblés entre eux par des moyens traditionnels, au contact direct l'un de l'autre ou avec interposition d'au moins un élément en matériau non métallique thermiquement isolant.