Brevet FR3087206A1 — publié le 20200417

DESCRIPTION : Titre : Tôle en alliage 2XXX à haute performance pour fuselage d'avion DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne les tôles minces en alliages 2XXX, plus particulièrement, (le tels produits, leurs procédés de fabrication et d'utilisation, destinés notamment à la construction aéronautique et aérospatiale. ETAT DE LA TECHNIQUE Des produits laminés en alliage d'aluminium de plus en plus performants sont développés pour produire des éléments de fuselage destinés notamment à l'industrie aéronautique. Les tôles de fuselage sont soumises à de nombreuses sollicitations dépendant notamment de la phase de fonctionnement (décollage, croisière, manoeuvre, atterrissage...) et des conditions environnementales (variations de températures, intempéries, ...). En outre, il existe une motivation forte pour réduite tant le poids que les coûts de production. Les alliages AA2024 ou AA2524 à l'état métallurgique T3 sont des alliages couramment utilisés pour la fabrication de tôles de fuselage. La demande EP1170394 Al décrit de tels alliages pour l'élaboration de tôles minces pour l'industrie aéronautique. Ces tôles sont décrites pour présenter unc résistance accrue à la propagation de fissure. Cependant, leur compromis résistance mécanique / ténacité n'est pas aussi performant que d'autres alliages tels que l'alliage AA2139. L'alliage AA2139, décrit notamment par le brevet US7229508, est en effet un alliage tout à fait performant en termes de propriétés pour les tôles de fuselage mais présente une densité relativement élevée par rapport aux solutions précédentes. Récemment, un nouvel alliage a été proposé, l'alliage A A2029, offrant à l'état métallurgique T8 des performances améliorées, notamment en termes de compromis limite d'élasticité conventionnelle à 0,2%, d'allongement R00,2 et de ténacité, par rapport aux alliages AA2024 et AA2524 tout en présentant une densité équivalente. La demande EP1776486A1 divulgue des alliages Al-Cu-Mg-Ag-Zr répondant à la composition de l'alliage AA2029 Cet alliage comprend en particulier de 0,3 à 0,5% en poids d'argent ce qui en fait un alliage onéreux, dont le prix dépend du cours particulièrement fluctuant de l'argent. D'autre part, bien que les performances d'un tel alliage soient élevées, elles peuvent encore être améliorées notamment en termes de ténacité. 2 L'invention vise à pallier les problèmes évoqués ci-dessus. En particulier, il existe un besoin d'un alliage 2XXX présentant un compromis résistance mécanique / ténacité amélioré par rapport à l'alliage AA2524 T3 tout en ayant une résistance à la propagation de fissure et une densité équivalentes. Cet alliage doit également présenter une bonne résistance à la 5 corrosion, être compatible avec le plaquage afin d'améliorer plus encore la protection contre la corrosion et présenter un excellent compromis coût économique / performances techniques. Enfin, la tôle en alliage recherché doit pouvoir être produite selon des procédés de fabrication conventionnels notamment en termes de coulée et de laminage, en limitant ou évitant toute étape non conventionnelle de fabrication. 10 OBJET DE L'INVENTION L'invention est relative à une tôle mince en alliage à base d'aluminium essentiellement recristallisée et d'épaisseur comprise entre 0,25 et 12 mm comprenant, en % en poids, Cu 3,4 - 4,0 ; Mg 0,5 - 0,8 ; Mn 0,1 - 0,7 ; Fe -0,00175 Rp0,2(TL) + 0,93, préférentiellement UPE (T-L) > -0,00175 Rp0,2(TL) + 0,96 et, plus préférentiellement encore, UPE (T-L) > 0,00175 Rp0,2(TL) + 0,99 10 avec UPE (T-L) en J/mm2 et Rp0,2(TL) en MPa ; - UPE (T-L) > 0,35 J/mm2, préférentiellement UPE (T-L) > 0,37 J/mm2; - vitesse d'avancée de fissure daldN inférieure ou égale à 3.6 10-4 mm/cycle pour un 4K de 15 MiPaim - densité inférieure à 2,800, de préférence inférieure à 2,780, préférentiellement inférieure à 15 2,775 et de manière préférée inférieure à 2,770 et de manière encore préférée inférieure 2,765. Le procédé de fabrication d'une tôle mince en alliage à base d'aluminium essentiellement recristallisée d'épaisseur comprise entre 0,25 et 12 mm comprenant successivement les étapes de: 20 a. élaboration d'un bain de métal liquide comprenant, en pourcentage en poids, Cu 3,4 - 4,0 ; Mg 0,5 - 0,8 ; Mn 0,1 - 0,7 ; Fe -0,00175 Rpo,2(TL) + 0,93, préférentiellement UPE (T-L) > -0,00175 Rp0,2(TL) + 0,96 et, plus préférentiellement, encore, UPE (T-L) > -0,00175 Rp0,2(TL) + 0,99 avec UPE (T-L) en J/mm2 et R1,02(TL) en MPa ; UPE (T-L) > 0,35 J/mm2, préférentiellement UPE (T-L) > 0,37 J/mm2; vitesse d'avancée de fissure da/dN inférieure ou égale à 3.6 10 mm/cycle pour un AK 30 de 15 MiPa \fini densité inférieure à 2,800, de préférence inférieure à 2,780, préférentiellement inférieure à 2,775 et de manière préférée inférieure à 2,770 et de manière encore préférée inférieure 2,765. 9 Les tôles selon l'invention présentent, à l'état T8, un compromis ténacité / résistance mécanique, en particulier un compromis énergie de propagation UPE (T-L) en J/mm2 / limite d'élasticité conventionnelle à 0,2% d'allongement Rpo,-, (TL) en MPa supérieur à celui de l'alliage AA2524 à l'état 13. 5 Les caractéristiques mécaniques élevées des alliages selon l'invention permettent de fabriquer des tôles minces particulièrement adaptées pour l'industrie aéronautique, notamment pour être utilisées en tant que tôles de fuselage ou tôles pour l'élaboration de pièces hybrides stratifiées aluminium-composite aussi connues sous l'acronyme FML (Fiber Metal Laminate) pour les applications voilure ou fuselage de l'industrie aéronautique. En 10 outre, la tôle de l'invention n'induit généralement pas de problème particulier pendant les opérations ultérieures réalisées sur la tôle à l' état T8. La résistance à la corrosion de la tôle selon l'invention est typiquement élevée. Ces aspects, ainsi que d'autres de l'invention, sont expliqués plus en détails à l'aide des exemples illustratifs et non limitatifs suivants. 15 EXEMPLES Exemple 1 Dans cet exemple, des tôles en alliage 2XXX ont été préparées. 11 plaques, dont la composition est donnée dans le tableau, ont été coulées sous forme de plaques de 70 mm par 190 mm par 1000 mm. 20 [Tableau 1] Alliage Cu Mg Mn Zr Ag Zn Si Fe Ti Densité A 3,6 0.90 0.31 0.12 0,44 REVENDICATIONS1. Tôle mince en alliage à base d'aluminium essentiellement recristallisée et d'épaisseur comprise entre 0,25 et 12 mm comprenant, en % en poids, Cu 3,4 - 4,0 ; Mg 0,5 - 0,8 ; Mn 0,1 - 0,7 ; Fe 2. Tôle mince selon la revendication 1 telle que la teneur en Cu est comprise entre 3,4 et 3,8% en poids. 3. Tôle mince selon la revendication 1 ou 2 telle que la teneur en Mg est comprise entre 0,55 et 0,75% en poids, préférentiellement entre 0,6 et 0,7% en poids. 4. Tôle mince selon l'une des revendications précédentes telle que la teneur en Mn est comprise entre 0,2 et 0,5% en poids, préférentiellement entre 0,25 et 0,45% en poids. 5. Tôle mince selon l'une des revendications précédentes telle que la teneur en Zr est comprise entre 0,01 et 0,04 % en poids ou inférieure à 0,01% en poids. 6. Tôle mince selon l'une des revendications précédentes telle que : - la teneur en Ag est comprise entre 0,01 et 0,25 % en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,1% en poids ou - la teneur en Ag est inférieure à 0,2 % en poids, préférentiellement 0,05 et 0,2% en poids et la teneur en Zn est comprise entre 0,2 ou 0,4% en poids ou - la teneur en Ag est inférieure à 0,1 % en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,1% en poids, préférentiellement la teneur en Ag est comprise entre 0,02 et 0,1% en poids 14 et la teneur en Zn est inférieure à 0,05% en poids, plus préférentiellement encore, la teneur en Ag est comprise entre 0,05 et 0,1% en poids et la teneur en Zn est inférieure à 0,05% en poids. 5 7. Tôle mince selon l'une des revendications précédentes telle que le rapport Cu/Mg est compris entre 4,5 et 6,5, préférentiellement ce rapport est tel que 5 8. Tôle mince selon l'une quelconque des revendications précédentes telle qu'elle présente, à l'état T8, au moins deux des propriétés suivantes, préférentiellement au moins 10 trois, plus préférentiellement encore toutes les propriétés suivantes : UPE (T-L) > -0,00175 Rp0,2(TL) + 0,93, préférentiellement UPE (T-L) > -0,00175 Rp0,2(TL) + 0,96 et, plus préférentiellement encore, UPE (T-L) > -0,00175 Rp0,2(TL) + 0,99 avec UPE (T-L) en J/mm2 et Rp0,2(TL) en MPa ; UPE (T-L) > 0,35 J/mm2, préférentiellement UPE (T-L) > 0,37 J/rnm2; 15 vitesse d'avancée de fissure da/dN inférieure ou égale à 3.6 10-4 mm/cycle pour un AK de 15 MiPaim _ densité inférieure à 2,800, de préférence inférieure à 2,780, préférentiellement inférieure à 2,775 et de manière préférée inférieure à 2,770 et de manière encore préférée inférieure 2,765. 20 9. Procédé de fabrication d'une tôle mince en alliage à base d'aluminium essentiellement recristallisée d'épaisseur comprise entre 0,25 et 12 mm comprenant successivement les étapes de : a. élaboration d'un bain de métal liquide comprenant, en pourcentage en poids, Cu 3,4 25 - 4,0 ; Mg 0,5 - 0,8 ; Mn 0,1 - 0,7 ; Fe 10. Procédé de fabrication d'une tôle mince en alliage à base d'aluminium selon la 5 revendication 8 tel que le revenu de la tôle tractionnée est réalisée par chauffage à une température comprise entre 155 et 165 °C pendant une durée de 28 à 60h. 11. Utilisation d'une tôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 ou fabriquée selon le procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10 comme tôle de fuselage.