Brevet FR2716896A1 — publié le 19950908

ALLIAGE 7000 A HAUTE RESISTANCE MECANIQUE ET PROCEDE D'OBTENTION L'invention concerne des alliages de la série 7000 à haute résistance mécanique obtenus par métallurgie conventionnelle et un procède d'obtention de ceux-ci. Les alliages à haute résistance mécanique de cette famille, en particulier ceux fortement charges en éléments d'alliage sont généralement élaborés soit par métallurgie des poudres, soit par pulvérisetion-dépôt- voir par exemple la demande FR-A- 2640644 de la Demanderesse. Cependant ces procédés sont complexes, nécessitent des installations spéciales et conduisent de ce fait à des produits chers. On connait aussi par le brevet EP-A 0241193 (exemple 1) des alliages à haute résistance appartenant à la famille des 7000 possédant de relativement hautes caractéristiques mécaniques de traction mais qui ont été solidifiés sous pression sous forme de billettes (diamètre 75 mm x mm) immédiatement filées à chaud sans homogénéisation préalable. Il est à noter que ces conditions sont tout à fait inhabituelles, nécessitent probablement une presse à filer verticale et que cette pratique est sans doute défavorable à la tenue du conteneur, qui sert de moule de coulée. De plus cette méthode est complexe et les alliages ainsi obtenus atteignent une limite élastique au plus égale à 768,1 MPa. La demanderesse a donc cherché à obtenir des alliages à base d'Al à haute résistance mécanique présentant cependant des ductilités suffisantes et relativement bon marché, par métallurgie conventionnelle. Par métallurgie conventionnelle on entend un procédé dans lequel l'obtention d'un produit massif résulte d'une vitesse moyenne de solidification entre liquidus et solidus (600 C/min et pour lequel le produit solidifié est refroidi jusqu'au voisinage de la température ambiante ( traitements thermiques ultérieurs sur d'autres outils. Il peut s'agir du procédé de moulage en gravité ou sous pression, de produits corroyés issus de lingots ou de billettes obtenues par coulée semi-continue, de la coulée continue de bandes entre cylindres, etc... Les produits selon l'invention contiennent (en poids) de 7 à 13,5 Zn, de 1 à 3,8 Mg, de 0,6 à 2,7 Cu, de O à 0,5 Mn, de O à 0,4 Cr, de O à 0,2 Zr, autres jusqu'à 0,05 chacun et 0,15 au total, reste A1, et sont caractérisés par le fait que, à l'état trempé et revenu type T6 ou T651 ou T652 (suivant la nomenclature de l'AA), ils présentent sur un thermogramme d'analyse enthalpique différentielle (AED) établi dans des conditions déterminées (voir exemples) une énergie spécifique, associée au pic de fusion, inférieure à 3J/g, et de préférence inférieure à 2J/g, en valeur absolue. L'alliage a de préférence la composition suivante: Zn de 9 à 13,5; Mg de 2 à 3,8, les autres éléments étant identiques et encore plus préférentiellement: de 7 à ll Zn; 1 à 2,5 Mg; 1 à 2,7 Cu. Lorsque l'alliage est corroyé, les valeurs d'énergie spécifiques sont inférieures à 2J/g, et de préférence lJ/g, en valeur absolue. Les alliages corroyés suivant l'invention présentent des caractéristiques mécaniques de traction (sens long) suivantes: Rm > 770 MPa RpO,2 > 750 MPa A Y 2% et de préférence Rm > 800 MPa RpO,2 > 780 MPa A) 2% Comme l'exige le problème posé, les alliages sont obtenus par des procédés conventionnels; cependant pour obtenir une ductilité suffisante (>3%) les opérations d'homogénéisation et de mise en solution doivent être effectuées très prés de la température de fusion de l'eutectique le plus fusible, sans faire apparaitre de phase liquide, et pour une durée telle que la majorité des phases solubles puissent être mises en solution. Ceci se traduit sur les thermogrammes enthalpiques par des énergies spécifiques, associées au pic de fusion, faibles ou très faibles, comme indiqué ci-dessus. Les homogénéisations de mises en solution sont effectuées dans un domaine de température situé a moins de 10 C de la température de fusion de l'eutectique de l'alliage traité et de préférence, à moins de 5 C de cette température. Pour éviter une fusion commençante de l'alliage, il est préférable que les homogénéisations et/ou mises en solution soient effectuées dans ces domaines de températures, en 2 paliers isothermes à température croissante. Les alliages corroyés peuvent être mis en forme par n'importe quel procédé mais on préfère le forgeage, le filage ou le matriçage ou une combinaison de ces divers moyens. Dans le cas du filage, il a été remarqué que de bonnes propriétés mécaniques pouvaient être obtenues même avec des rapports de filage (section transversale de la billette/section transversale du produit filé) assez faibles pouvant être compris entre 3 et 10. L'invention sera mieux comprise à l'aide de l'exemple suivant, illustré par la figure 1. La figure 1 représente le thermogramme obtenu sur un alliage traité selon le mode A + C du Tableau 1 obtenu sur un appareil d'analyse enthalpique différencielle PERKIN-ELMER DSC7 avec une vitesse de chauffage de C/min sur un échantillon de 50 mg environ. Exemple 1 Un alliage d'Al de composition pondérale suivante: Si Fe Cu Mg Zn Ti Zr Mn Cr 0,04 0,055 0,92 2,84 10,7 0,03 0,10 0,2 0,13 a été coulé par coulée verticale, semi continue classique, sous forme de billettes diamètre 162 mm, refroidies à la température ambiante puis homogénéisées à 470 C ( 3 C) 48 h (Ai ou 470 C ( 3 C) 48 h + 475 C (+1, -2 C) 48 h [Bl, filées à 400 C après écroûtage en barres ou méplats mis en solution à 474 C ( 2 C) 4 h (Ci ou 476 C ( 2 C) 4 h [DI trempées à l'eau froide (=20 C), tractionnées 2% et revenues à 105 C pendant 32 h Un alliage de même composition a été traité suivant l'art antérieur soit homogénéisation de 24 h à 470 C et une mise en solution à 470 C - 2 h, les autres conditions étant inchangées, à titre de comparaison- La température de fusion de l'eutectique de l'alliage déterminée préalablement était de 478 C. Les résultats des caractéristiques mécaniques dans les sens long et travers long sont reportés au Tableau suivant (moyennes de 3 éprouvettes) ainsi que la valeur de l'énergie spécifique de fusion sont reportés au Tableau 1. TABLEAU 1 iProduitlHomogé.lRapportlMise en 1sens long I sens TL I ES** Ifilé Ibillet-I filage|solution|- A, * A, / I Ites 1 1 |RpO,2lRm | A |RpO,2|Rm | A J/g | |(mm) | (MPa)IMPal % |(MPa)|(MPa)l % |Dia 601 A | 4 1 C 1 775 [7901 2,71 618 1 663 | 0,8 | 1 I I I I I I I I I I 1 1,641 142x27,51 A 1 11,6 I C 1 794 18191 3,61 638 I 694 1 2,2 I I 1 1 1 1 1> |Dia. 601 B 1 4 I D1 787802 622 1 698 1 1,91 1 11 1 1 1 1 0,051 142x27,51 B I 11,6 I D I 809 18311 3,31 6391 712 I 3,3 I I I I I I I I! I I I I I 142x27,5148h470 1 11,612h470 1 730 17461 3,0| Art anterie | -5 I. I I!3u 63, Iatre I!I. ! ! I * voir texte ** énergie spécifique Les alliages selon l'invention trouvent, en particulier, des applications comme: - corps de propulseur à poudres - pièces de missiles et d'armement - raidisseurs de structure - rails de sièges d'avions REVENDICATIONS 1. Alliage à haute résistance mécanique de la série 7000 contenant en poids % de 7 à 13,5 Zn, de 1 à 3,8 Mg, de 0,6 à 2,7 Cu, de 0 à 0,5 Mn, de O à 0,4 Cr et de O à 0,2 Zr, autres jusqu'à 0,05 chacun et 0,15 au total, reste A1, obtenu par métallurgie conventionnelle, caractérisé en ce qu'à l'état traité l'énergie spécifique associée au signal AED de fusion est inférieure à 3J/g (et de préférence 2J/g) en valeur absolue. 2. Alliage selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il contient de 9 à 13,5 Zn et de 2 à 3,8 Mg. 3. Alliage selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il contient de 7 à ll Zn, de 1 à 2,5 Mg et de 1 à 2,7 Cu. 4. Alliage corroyé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'énergie spécifique associée au signal AED de fusion est inférieure à 2 J/g (et de préférence lJ/g) en valeur absolue. 5. Alliage selon la revendication 4 caractérisé en ce que ses caractéristiques mécaniques de traction dans le sens long à l'état traité sont les suivantes: Rm > 770 MPa RpO,2 > 750 MPa A > 2% 6. Alliage selon la revendication 5 caractérisé en ce que ses caractéristiques mécaniques de traction dans le sens long à l'état traité sont les suivantes: Rm > 800 MPa Rp 0,2 > 780 MPa A > 2% 7. Procédé d'obtention d'un alliage suivant l'une des revendications 1 à 6 comportant la coulée d'une pièce moulée, sa mise en solution, trempe et revenu(s) caractérisé en ce que la mise en solution est effectuée à une température aussi élevée que possible, mais en évitant la fusion commençante de l'alliage et pour une durée telle que l'énergie spécifique associée au signal AED est inférieure à 3J/g, et de préférence inférieure à 2J/g, en valeur absolue. 8. Procédé d'obtention d'un alliage suivant l'une des revendications 2 à 6 comportant la coulée d'une ébauche, son homogénéisation, sa transformation à chaud et éventuellement à froid, une mise en solution, une trempe, une déformation à froid contrôlée éventuelle et revenu final, caractérisé en ce que l'homogénéisation est pratiquée à une température aussi élevée que possible mais en évitant la fusion commençante de l'alliage et pour une durée telle que l'énergie spécifique associée au signal AED de fusion est inférieure à 3J/g (et de préférence 2J/g) en valeur absolue. 9. Procédé d'obtention d'un alliage suivant la revendication 8 caractérisé en ce que la mise en solution est pratiquée à une température aussi élevée que possible mais en évitant la fusion commençante de l'alliage et pour une durée telle que l'énergie spécifique associée au signal AED de fusion est inférieure à 2J/g (et de préférence lJ/g) en valeur absolue. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9 caractérisé en ce que l'homogénéisation et/ou la mise en solution est (sont) effectuée(s) à moins de 10 C au-dessous de la température de fusion commençante de l'alliage. 11. Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que l'homogénéisation et/ou la mise en solution est (sont) effectuée(s) à moins de 5 C de la température de fusion commençante de l'alliage. 12. Procédé selon l'une des revendications 7 à ll caractérisé en ce que l'homogénéisation et/ou la mise en solution est (sont) effectuée(s) en au moins 2 paliers successifs à température croissante. 13. Procédé selon l'une des revendications 8 à 12 caractérisé en ce que la transformation à chaud est un filage, un forgeage ou un matriçage ou une combinaison de ces opérations. 14. Procédé selon la revendication 13 caractérisé en ce que le rapport de filage est compris entre 3 et 10.