Brevet FR2675816A1 — publié le 19921030

L'invention concerne un procédé pour la fabrication de tôles en alliages d'aluminium d'une épaisseur comprise entre 0,5 et 10 mm par a) la déformation d'une barre dudit alliage d'aluminium en un larget, un feuillard ou un semi-produit analogue e) le recuit dudit semi-produit déformé f) la déformation à froid du semi-produit recuit, le coefficient de cette déformation se situant entre 40 et 90 %; g) recuit d'homogénéisation du semi-produit déformé à froid ayant pour effet la survenue d'une recristallisation; et h) le refroidissement brutal du semi-produit ayant subi le recuit d'homogénéisation; i) la déformation du semi-produit refroidi avec un coefficient de déformation allant jusqu'à 8 %; j) la mise au repos des t 8 les pour vieillissement. Pour les alliages d'aluminium-lithium qui sont principalement utilisés dans la construction aérospatiale pour des composants dont la structure est impérative, il est souhaitable pour obtenir une tolérance suffisante aux nuisances et une isotropie acceptable, que le matériau soit recristallisé avant le processus de vieillissement, étant donné que les tôles sont laminées pour présenter une épaisseur comprise entre 1 et 8 mm Malheureusement, dans ce cas, apparaissent normalement des propriétés mécaniques anisotropes pour ce qui concerne les alliages d'aluminium du type 2024 T 351 Les tôles fabriquées dans ledit alliage d'aluminium présentent, lors du test de progression, des f i S S u r e S de fatigue qui, macroscopiquement, s'étendant perpendiculairement à la direction des principales contraintes normales appliquées, ce qui est exploité par exemple dans la construction de certains éléments d'un avion. Toutefois, il s'est avéré qu'un tel comportement souhaité du matériau ne peut pas être obtenu par une déformation à froid suivie d'une recristallisation avant le repos à chaud d'alliages d'aluminium-lithium, même si le processus de recristallisation est favorisé par le fait que de manière conventionnelle, après le laminage à chaud et avant la déformation à froid, a lieu un traitement thermique grâce auquel le matériau atteint un stade de survieillissement Sur les alliages d'aluminium-lithium il a été impossible d'obtenir de manière reproductible, après déformation à chaud, recuit intermédiaire, déformation à froid et recristallisation, des propriétés telles que des fissures de fatigue s'étendent perpendiculairement aux principales contraintes normales Bien au contraire, il s'est avéré que les fissures de fatigue divergent, de manière différente, de la piste de progression des fissures située perpendiculairement aux principales contraintes normales et que des déviations allant jusqu'à 700 ne sont pas exceptionnelles En outre, en appliquant un tel procédé thermo-mécanique, on constate l'inconvénient d'une mauvaise aptitude au laminage à froid caractérisée par une tendance marquée à la formation de fissures marginales Ceci a pour effet de réduire considérablement le spectre des paramètres applicables à ce procédé. L'invention est basée sur le problème d'améliorer le procédé de fabrication de la tôle par des moyens simples dans le but de pouvoir obtenir même pour les alliages d'aluminium-lithium, une isotropie suffisante des tôles fabriquées, afin que les fissures de fatigue s'étendent sensiblement perpendiculairement aux principales contraintes normales appliquées En même temps, une bonne aptitude au laminage à froid est souhaitée. L'invention est caractérisée par l'utilisation d'alliages d'aluminium-lithium, ce qui a pour effet d'introduire les opérations suivantes entre les opérations a) et e) dans le procédé mentionné ci-avant: b) le recuit d'homogénéisation du semi-produit; c) le refroidissement brutal du semi-produit venant de subir le recuit d'homogénéisation; d) la déformation du semi-produit refroidi avec un coefficient de déformation compris entre 2 l O et 60 %; et par le fait que el), le recuit intermédiaire du semi-produit déformé est réalisé à des températures comprises entre 250 et 4750 C pendant une durée comprise entre 1 et 85 heures. Particulièrement préférés sont les alliages d'aluminium du type Al Li 8090 dont la composition est la suivante: Lithium: 2,2 2,7 (en % en poids) Cuivre: 1,0 1,6 % Magnésium: 0,6 1,3 % Zircon: 0,04 0,16 % Fer: températures comprises entre 500 et 550 o C et de préfé- rence pendant une durée de t = 10 minutes à 2 heures. Le refroidissement brutal est réalisé à des vitesses > 300-C/minute. Le recuit intermédiaire du semi-produit déformé s'effectue conformément à l'invention, à des températures comprises entre 250 et 475 e C et ceci pendant une durée comprise entre 1 et 85 heures, tandis que la déformation du semi-produit recristallisé, notamment sous la forme d'une déformation à froid avec un coefficient de 8 % maximum, en particulier de 5 % maximum, est de préférence de 3,5 % seulement Pour ce faire il est recommandé principalement l'allongement et/ou l'étirage à froid, c'est-à-dire pas de laminage. La première partie de la déformation, avant le recuit intermédiaire, s'effectue opportunément avec un coefficient de déformation faible situé entre 5 et 20 %, tandis que la deuxième opération de déformation, à savoir la déformation à froid consécutive au recuit intermédiaire, s'effectue avec un coefficient élevé entre et 90 % Le traitement thermique intermédiaire (recuit intermédiaire) est réalisé avantageusement de telle sorte que le matériau déformé est maintenu tout d'abord à une température de recuit intermédiaire correspondant à l'une des deux formules suivantes: ( 1) T > ( 78 K ( 2) (KW 2 78) 7 + 300 La température indiquée dans ces formules est mesurée en degrés Celsius et le coefficient de déformation à froid (KW 2) (après le recuit intermédiaire) est mesuré en pourcentage (par rapport à l'épaisseur initiale du matériau). Le matériau est maintenu à ce niveau de température pendant une durée s'étendant de 1 à 85 heures Ensuite, il est refroidi de préférence à une vitesse non supérieure à 400/h jusqu'à parvenir dans une zone de températures s'étendant entre 325 et 275 C. Dans un autre mode de réalisation préféré, lors du recuit intermédiaire, après son maintien à la température de recuit intermédiaire, le matériau est refroidi à une vitesse V > 3000/minute et ensuite déformé à froid Dans ce cas, il est souhaitable qu'entre le temps t de maintien à la température et la température nominale de maintien T soit respectée la relation ( 3) t > 8 e 15 OO Otl/T-1167)i t étant le temps de maintien en heures et T la température en "K. Les épaisseurs définitives des tôles particulière- ment préférées se situent entre 1 et 7 mm. Les opérations du procédé g, h et i, mentionnées ci a v a N t, c ' e S t-à-d i r e le recuit d'homogénéisation, le refroidissement brutal du semi- produit après son recuit et la déformation du semi-produit refroidi peuvent aussi être répétées. On a constaté que les tôles fabriquées conformément à l'invention, d'une épaisseur comprise entre 4 et 7 mm présentent, en utilisant l'alliage Al Li 8090, sur des éprouvettes CT, des fissures de fatigue et ceci dans toute la zone de progression desdites fissures de fatigue qui, macroscopiquement, sont orientées perpendiculairement aux principales contraintes normales Par conséquent, le matériau est absolument isotrope En outre, le procédé se distingue par un excellent comportement au laminage à froid du semi-produit lors de la deuxième opération de déformation, c'est-à-dire celle qui suit le recuit intermédiaire, ce comportement pouvant être mesuré par sa tendance à former des fissures marginales. A l'aide des exemples suivants, ceci sera décrit ci-après plus en détail; les alliages présentaient la composition suivante: Lithium: 2, 32 % (% en poids) Cuivre: 1,02 % Magnésium: 0,77 % Zircon: 0,07 % Fer: 0,06 % Silicium: 0,036 % Le reste étant de l'aluminium et les impuretés habituelles. Exemple 1 L'exemple suivant est présenté pour démontrer l'excellente aptitude au laminage obtenue grâce à l'application du procédé thermo-mécanique conforme à l'invention comparée à celle obtenue par le traitement thermo-mécanique conventionnel. Le tableau l montre des exemples de traitements thermo-mécaniques mis en oeuvre. Le tableau 2 montre pour ces traitements la profondeur des fissures marginales apparaissant lors du processus de laminage à froid consécutif au recuit intermédiaire, en fonction du coefficient de laminage à froid appliqué. Tableau 1 Traitements thermo-mécaniques mis en oeuvre Numéro d'éprouvette TMT 1 Traitement thermo-mécanique Observati HR + TT + CR TMT 2 TMT 3 TMT 4 TMT 5 TMT 6 TMT 7 TMT 8 TMT 9 TMT 10 TMT 11 TMT 12 HR + SHT HR + SHT HR + SHT HR + SHT HR + SHT HR + SHT HR + SHT HR + SHT HR + SHT HR + SHT HR + SHT + TT +PW + PW +PW + PW + PW + PW + PW + PW +PW + PW + CR ( 40 %) ( 25 %) ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) + TT + TT + TT + TT + TT + TT + TT + TT + TT + TT ( 300 ( 300 ( 300 ( 350 ( 400 ( 450 ( 300 ( 425 ( 425 ( 375 C/8 h) + CR C/8 h) + CR C/8 h) + CR C/8 h) + CR C/8 h) + CR C/8 h) + CR C/81 h) + CR C/8 h + WQ) + CR C/1 h) + CR C/53 h + WQ) + CR HR = laminage à chaud SHT = recuit d'homogénéisation TT (x C/y h) = recuit intermédiaire à une température de maintien de x C pendant un temps de y h PW (z %) = déformation initiale avant le recuit intermédiaire de z % CR = laminage à froid 1 = traitement thermo-mécanique conventionnel 2 = traitement thermo-mécanique expérimental 3 = traitement thermo-mécanique conforme à l'invention. Tableau 2 Profondeur des fissures marginales lors du laminage à froid en fonction du coefficient de laminage à froid appliqué aux Coeff de laminage à froid TMT oi 30 % TMT 1 23 TMT 2 O 10 TMT 3 O TMT 4 O TMT 5 O TMT 6 O TMT 7 O TMT 8 O TMT 9 O TMT 10 O TMT 11 O TMT 12 O traitements tharmo-mécaniques du tableau 1. % o o o % o O o O o o o % o o % o o % o * = éprouvette totalement fissurée * = non mesuré Exemple 2 Dans ce cas, on dispose de résultats de mesures de progression des fissures de fatigue pour des éprouvettes fabriquées selon le procédé thermo-mécanique conforme à l'invention, ces mesures étant comparées à des éprouvettes fabriquées de la manière conventionnelle (tableau 3). Les tests de progression des fissures de fatigue ont été dans ce cas effectués sur ce que l'on appelle des éprouvettes CT dans la direction T-L particulièrement critique pour ce qui concerne les déviations des fissures de fatigue La zone examinée concernée par la variation de l'intensité des contraintes était de d K E ( 10-33) M Pa T/. 4. 4: 4 ( 1 en degrés. Tableau 3 Exemples de traitement thermo-mécanique et résultats des tests de progression des fissures de fatigue. N de l'éprou- vette Déviation du tracé des Traitement thermo-mécanique fissures (en + SHT + + SHT + + SHT + + SHT + + SHT + + SHT + + SHT + + SHT + + SHT + + SHT + + SHT + + SHT + + SHT + + SHT + + PW PW PW PW PW PW PW PW PW PW PW PW PW PW ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) ( 15 %) + TT + TT + TT + TT + TT + TT + TT + TT + TT + TT + TT + TT + TT + TT ( 250 ( 300 ( 325 ( 325 ( 350 ( 375 ( 400 ( 425 ( 450 ( 450 ( 375 ( 425 ( 425 C/8 C/8 C/8 C/8 C/8 C/8 C/8 C/8 C/8 C/8 C/8 C/8 C/8 h) + CR h) + CR h) + CR h) + CR h) + CR h) + CR h) + CR h) + CR h) + CR h) + CR h + WQ) h + WQ) h + WQ) ( 60 %) ( 60 %) ( 60 %) ( 77 %) ( 60 %) ( 77 %) ( 77 %) ( 77 %) ( 77 %) ( 68 %) + CR ( 60 %) + CR ( 60 %) + CR ( 68 %) ( 375 C/53 h + WQ) + (CR 65 %) TT + CR * = Conforme à l'invention 0 = Conventionnel WQ = Refroidi. Exemple 3 Dans le troisième exemple sont comparées quelques propriétés technologiques de tôles fabriquées selon le HR HR HR HR HR HR HR HR HR HR HR HR HR HR HR * * * * * * 0 * 0 * 0 * 0 * 0-37 c procédé conforme à l'invention à celles de tôles fabriquées selon des procédés thermo-mécaniques conventionnels ainsi que de celles de tôles en alliages conventionnels. Le tableau 4 donne des exemples concernant les propriétés mécaniques statiques Le tableau 5 compare les vitesses typiques d'avancement des fissures en cas d'application d'une contrainte en direction T-L. Sur les figures 1 à 4 enfin, sont comparées des textures de matériaux de tôles de l'alliage 8090 fabriquées selon le procédé conforme à l'invention comparées à celles de tôles fabriquées par la voie thermo- mécanique conventionnelle sur la base de leurs figures de pôles (diagramme de diffraction de Laue) Tandis que la voie thermo-mécanique conventionnelle conduit à des tôles recristallisées dont les textures contiennent, de manière connue, principalement les couches typiques W (cube), Ms (laiton), Goss et R, la texture de recristallisation des tôles fabriquées selon le procédé conforme à l'invention contient à l'intérieur principalement la couche A ainsi qu'à l'extérieur la couche W-BN (couche-cubes-normales), ainsi qu'un fond élevé. Sur le dessin annexé les figures 1 et 2 représentent des figures de pôle ( 111) de tôles en Al Li 8090 fabriquées selon le procédé conventionnel: intérieur de la tôle figure 1, extérieur de la tôle figure 2; les figures 3 et 4 représentent des figures de pôle ( 111) de tôles de Al Li 8090 fabriquées selon le procédé conforme à l'invention: intérieur de la tôle figure 3, extérieur de la tôle figure 4. Tableau 4 Propriétés mécaniques typiques Numéro d'éprouvette r Pa) 305-315 (Mma) 409-412 ( o/) C%) 14,6 4 j ,4 ") 14,6 9 ,1 1 J ,2-10,4 ' 1) Barres plates épaisseur x 10, tronçon mesuré 35 mm, procédé conforme à l'invention. 2) Barres plates épaisseur x 12,5, tronçon mesuré 51 mm, procédé conventionnel. Tableau 5 Des valeurs typiques de la vitesse de progression des fissures ont été mesurées par le test de progression des fissures de fatigue à une cadence de 0,0001 mm/cycle sur des tôles fabriquées par le procédé conforme à l'invention en comparaison avec des tôles 8090 fabriquées par le procédé thermo-mécanique conventionnel ainsi que par rapport à des alliages conventionnels 2024 T 351 ainsi que 707517351. Procédé Id d alliage 8090 T 851 (Nhln) \conventionnel 400 5 10-{ 600 2 800 6 1000 14 8090 T 851 2024 T 351 Conforme à l'invention 10-4 1 4 4,5 7075 T 735: 1,9 7,1 REVENDICATIONS 1 Procédé pour la fabrication de tôles en alliages d'aluminium d'une épaisseur comprise entre 0,5 et 10 mm par a) la déformation d'une barre dudit alliage d'aluminium en un larget, un feuillard ou un semi-produit analogue; e) le recuit dudit semi-produit déformé; f) la déformation à froid du semi-produit recuit, le coefficient de cette déformation se situant entre 40 et %; g) recuit d'homogénéisation du semi-produit déformé à froid ayant pour effet la survenue d'une recristallisation; et h) le refroidissement brutal du semi-produit ayant subi le recuit d'homogénéisation; i) la déformation du semi-produit refroidi avec un coefficient de déformation allant jusqu'à 8 %; j) la mise au repos des tôles pour vieillissement, caractérisé par l'utilisation d'alliages d'aluminium- lithium, ce qui a pour effet d'introduire les opérations suivantes dans le procédé entre a et e: b) le recuit d'homogénéisation du semi-produit; c) le refroidissement brutal du semi-produit venant de subir le recuit d'homogénéisation; d) la déformation du semi-produit refroidi avec un coefficient de déformation compris entre 2 et %; et p a r le fait que e 1) le recuit intermédiaire du semi-produit déformé est réalisé à des températures comprises entre 250 et 4750 C pendant une durée comprise entre 1 et 85 heures. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que selon a, ) la déformation de la barre s'effectue par laminage à chaud. 3 Procédé selon la revendication l ou 2, caractérisé par le fait que selon i 2 > la déformation du semi-produit recristallisé s'effectue à froid par allongement et/ou étirage. 4 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'alliage aluminium-lithium utilisé est du type Al Li 8090. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les opérations du procédé répertoriées aux points d 1, et f 1) sont exécutées par laminage à froid. 6 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que selon l'opération d 2) la déformation du semi-produit refroidi brutalement s'effectue avec un coefficient de déformation compris entre 5 et 20 %. 7 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que selon l'opération e 2) lors du recuit intermédiaire dépassant 3000 C, après écoulement de la durée de maintien à température égale à minutes au moins, le refroidissement s'effectue à une vitesse inférieure à 400/h jusqu'à parvenir dans la zone des températures comprises entre 325 et 2750 C. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que selon les opérations e 3) et f 2 >, on choisit, en fonction du coefficient (KW 2 en %) de la déformation à froid consécutive au recuit intermédiaire, la température de maintien (T en OC), en appliquant l'une des deux formules suivantes ((l) et ( 2)>: ( 1) T > ( 78 KW 2) 6 + 360 ( 2) (KW 2 78) 7 + 300 9 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que selon l'opération e 4) lors du recuit intermédiaire est choisie la condition suivante ( 3) pour le temps de maintien (t en h) en fonction de la température de maintien (T en K) et que le semi-produit est refroidi brutalement après écoulement du temps de maintien (t): ( 3) t > 8 e 150001/T-1/670)