Brevet FR2707092A1 — publié le 19950106

PRODUIT METALLURGIQUE EN ALLIAGE D'AI A DURCISSEMENT STRUCTURAL PRESENTANT UNE VARIATION CONTINUE DES PROPRIETES D'EMPLOI SUIVANT UNE DIRECTION DONNEE ET UN PROCEDE ET DISPOSITIF D'OBTENTION DE CELUI-CI L'invention concerne des produits métallurgiques en alliages d'Al à durcissement structural présentant une variation continue des propriétés d'emploi selon au moins une direction donnée (D) quelconque et un procédé et un dispositif d'obtention de ceux-ci. De manière générale on recherche en métallurgie à obtenir des produits dont les propriétés sont aussi homogènes que possible dans tout le volume de ceux-ci. Cependant, pour certaines applications, il est souhaitable d'obtenir des produits dont les propriétés, à composition chimique donnée, varient de façon continue suivant au moins une direction déterminée (D). Par exemple, dans une poutre soumise à des efforts de flexion et à la fatigue, il est souhaitable que la partie en compression présente une résistance mécanique à la compression élevée, tandis que la partie en extension doit être résistante aux dommages, en particulier de dureté moins élevée. De même, dans un absorbeur de choc, il est souhaitable que la zone d'impact soit résiliente et ductile, alors que la partie opposée doit résister à l'effort appliqué. De manière plus générale, ce problème se pose dans tous les cas o le produit est soumis en service soit à un fort gradient de contraintes mécaniques, soit à des conditions d'emploi hétérogènes (résistance à la corrosion par exemple). L'invention concerne donc des produits en alliage d'Al à durcissement structural dont les propriétés varient de façon continue suivant au moins une direction (D) quelconque; cependant celle-ci est choisie de préférence parallèle à l'une des dimensions principales (longueur, largeur, hauteur) si le produit est de forme parallélépipédique ou à l'axe de celui-ci si le produit est cylindrique (barres, tubes) ou possède une symétrie axiale. Le procédé d'obtention de tel produit consiste à pratiquer, après trempe et déformation plastique contrôlée éventuelle, un revenu dans un gradient thermique de direction (D) de manière à obtenir les caractéristiques désirées à chacune des extrémités du produit dans cette direction (D), une des extrémités (ou rives) étant portée à une température T et l'autre extrémité (ou rive) étant portée à une température t C T, pendant la même durée (d). On cherchera, par exemple, à avoir une extrémité (ou rive) correspondant à l'état T6(51) et l'autre extrémité (ou rive) correspondant à l'état T74(51). La détermination des températures (T, t) et de la durée (d) du traitement sont aisément déterminables par l'homme de métier, soit expérimentalement, soit par application des lois d'équivalence température/temps bien connues dans le domaine du revenu des alliages d'Al: par exemple on peut choisir la relation R0,2 = f (aT + b.log d), T étant la température en Kelvin et d le temps, les constantes a et b étant déterminables par des essais préliminaires de réponse au revenu de l'alliage considéré. La réalisation de ce traitement de revenu exige un four de structure spécifique comprenant une chambre chaude et une chambre froide, chacune d'elle étant régulée indépendamment de l'autre, entre lesquelles on place le produit à traiter. L'ensemble est ensuite chauffé à une vitesse de chauffage déterminée de manière à atteindre la température T dans la chambre chaude et la température t dans la chambre froide, et une fois le régime stationnaire sensiblement établi, à maintenir l'ensemble pendant la durée d, et enfin à sortir le produit qui refroidit naturellement à la température ambiante. Dans une version préférée, la chambre froide est reliée à la chambre chaude par l'intermédiaire d'une pompe à chaleur. Le chauffage modulé peut également être réalisé par des moyens de chauffage linéaires (rampes de brûleurs à gaz ou distributrices de jets de fluide chaud, résistances électriques, etc...) régulés individuellement à une certaine température ou puissance, situés au voisinage de la surface du produit et de direction perpendiculaire à la direction (D). L'invention sera mieux comprise à l'aide de l'exemple suivant qui est relatif à une plaque en alliage 7010 (suivant la désignation de l'Aluminum Association) de 100 mm d'épaisseur et de composition suivante (en poids %): Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Zr 0,06 0,01 1,68 0,01 2,32 5,99 0,03 0,11 L'objectif était d'obtenir l'état T651 à une extrémité et l'état T7451 à l'autre extrémité. -La figure 1 représente l'évolution de la température de revenu du produit traité (régime stationnaire). -La figure 2 représente le profil des caractéristiques mécaniques de résistance obtenu. -La figure 3 représente le profil des conductibilités électriques superficielles obtenu. -La figure 4 représente une coupe schématique du four utilisé. Par application des règles d'équivalence température/temps et compte tenu de la vitesse de montée imposée par le four utilisé (9h45 pour atteindre 150 C), il a été trouvé que pour un traitement isochrone de lOh, la température T du produit devait être de 172 C et sa température t de C, pour obtenir les états correspondants respectivement aux traitements classiques de revenu: T 651 9 h à 155 C T 7451 6 h à 115 C + 10 h à 172 C. Le four à air utilisé se compose de 2 chambres contiguës, l'une chaude 1, l'autre froide 2, séparées par une paroi isolante et amovible 3, entre lesquelles est placé de façon symétrique le produit à traiter. Ce produit est constitué par un élément de plaque de dimensions lOOOx400xlO0 mm3 correspondant respectivement aux dimensions Travers Long (TL), Long (L) et Travers Court (TC). Ce produit repose sur une sole à rouleaux 5. Le four est fermé par deux portes 6 et est muni de turbines de circulation d'air 7 et de systèmes de régulation de température (non représentés). A la suite d'essais préliminaires sur une plaque de mêmes dimensions et de même nature, la température de consigne de la chambre 1 a été fixée à 183 C et celle de la chambre 2 à 141 C et on a estimé que le régime stationnaire était établi quand la température du produit dans la chambre 2 a atteint 148 C. Les résultats de contrôle de profil de la température dans le sens de la longueur du produit, ainsi que l'évolution des caractéristiques mécaniques de traction (sens de la longueur du produit soit le sens TL métallurgique, 1/4 de l'épaisseur) et de conductibilité électrique en surface du produit sont reportés au Tableau I et sur les fig. 1 à 3. Sur les fig. 2 et 3 sont également reportés les points représentatifs des états T651 et T7451 classiques. Le produit selon l'invention peut être utilisé pour la fabrication de longerons internes de voilures d'avions, notamment sous forme de tôles épaisses en alliage 7000. TABLEAU I: Caractéristiques mécaniques et conductivité dans la longueur de la tôle (sens TL) IDistance* I Conduct. IRpO,2(MPa)1/4eplRm (MPa) 1/4epl A% 1/4ep I I en mm Ide surf.(MS/m).. I I I Moy. | Moy. I Moy. " _ _.,____, 970 I 19,7 521 567 6,8 880 19,9 521 568 7,3 I 790 20,1 518 568 6,7 I 710 20,4 518 568 7 640 20,6 517 567 6,8 I 570 20,8 55 564 7 500 21,3 505 559 7,9 430 22,1 493 55 6,9 I 360 22,4 488 545 8,2 290 22,6 478 539 8.4 I 210 23 473 4 8,6 I 120 I 23,1 467 528 8.5 23,2 462 524 8,8 * Distance par rapport à l'extrémité, côté zone chaude. REVENDICATIONS 1. Produit métallurgique en alliage d'Al à durcissement structural caractérisé en ce qu'il possède des propriétés d'emploi variables de façon continue dans au moins une direction donnée (D) quelconque. 2. Produit selon la revendication 1 caractérisé en ce que la direction (D) est parallèle à une direction principale du produit (longueur, largeur, épaisseur, axe). 3. Produit métallurgique suivant la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le produit est un alliage de la série 7000 sous forme de tôle épaisse. 4. Procédé de fabrication d'un produit selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le revenu final est effectué en portant une des extrémités du produit selon la direction (D) à une température T et l'autre extrémité à une température t 5. Mise en oeuvre du procédé selon la revendication 4 à l'aide d'un four à 2 chambres, chaude (1) et froide (2), séparées par une cloison réfractaire amovible (3) dans lesquelles sont placées chacune des extrémités du produit, les 2 chambres ayant des régulations de température indépendantes. 6. Four selon la revendication 5 caractérisé en ce que une pompe à chaleur est installée entre les chambres (1) et (2). 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de chauffage linéaires de direction perpendiculaire à la direction (D), situés au voisinage du produit à traiter. 8. Utilisation d'un produit selon l'une des revendications 1 à 3 en alliage 7000 pour la fabrication de longerons internes de voilures d'avions