Brevet FR3118065A1 — publié le 20220624

Procédé de traitement thermo-mécanique de produits corroyés en alliage d’aluminium de la série 2000 comprenant, en % en poids, Cu 3,5 – 5,8 ; Mg 0,2 – 1,5 ; Mn ≤ 0,9; Fe ≤ 0,15 ; Si ≤ 0,15 ; Zr ≤ 0,25 ; Ag ≤ 0,8; Zn ≤ 0,8; Ti 0,02-0,15; impuretés inévitables ≤ 0,05 chacune et ≤ 0,15 au total ; reste aluminium permettant une amélioration de la résistance à la corrosion sous contrainte. Il comporte un revenu constitué de deux séquences. La première séquence est définie par une température maximale comprise entre 130°C et 180°C et par une durée de maintien à une température comprise entre 130°C et 180°C qui équivaut à une durée équivalente calculée à 160°C comprise entre 10h et 80h. La deuxième séquence est définie par une température inférieure à et une durée de maintien t2 à une température comprise entre 100°C et 130°C, qui équivaut à une durée équivalente calculée à 160°C telle que est comprise entre 0.1% et 15% de la durée équivalente calculée pour la première séquence. Figure d'abrégé : Fig. 3 Produits corroyés en alliage 2xxx présentant une résistance à la corrosion optimisée et procédé d’obtention La présente invention porte sur un produit corroyé en alliage 2XXX présentant des propriétés améliorées en corrosion sous contrainte et un procédé de traitement thermo-mécanique de produits corroyés en alliages d'aluminium de la série 2XXX destiné à améliorer leur résistance à la corrosion sous contrainte tout en maintenant un excellent compromis entre limite d’élasticité, ductilité, et tolérance au dommage, en particulier la ténacité. ART ANTERIEUR Les applications aéronautiques nécessitent généralement un ensemble très spécifique de propriétés. Des alliages à haute résistance mécanique sont généralement souhaités, mais selon l'utilisation prévue, d'autres propriétés telles qu'une résistance à la rupture ou une ductilité élevée, ainsi qu'une bonne résistance à la corrosion sont habituellement requises, en particulier, la résistance à la corrosion sous contrainte. La résistance à la corrosion sous contrainte d’alliage 2000 est évaluée après essai d’immersion-émersion alternée selon la norme ASTM G47 - 98 (2019). Les produits de plus de 30 mm sont généralement testés en traction selon la norme ASTM G49 - 85 (2019). En fonction du dispositif choisi, l’essai est réalisé en déformation constante ou à charge constante. Le choix est fonction de l’application visée et des critères de sélection. Comme le mentionne la norme ASTM G49 - 85 (2019), les essais de corrosion sous contrainte en traction sous charge constante sont plus sévères que les essais de corrosion sous contrainte en traction sous déformation constante. Ainsi, la contrainte maximum admissible définie par un essai de corrosion sous contrainte en traction sous charge constante est généralement inférieure ou égale à celle déterminée par un essai de corrosion sous contrainte en traction sous déformation constante. Cette différence est liée au fait qu’en déformation constante, notamment lorsqu’une fissure apparaît, il y a une relaxation des contraintes. Le produit est alors soumis à une charge plus faible que la charge initiale, ce qui rend l’essai moins sévère. L’article de N. Magaji et al. « Comparison of test methods used to analyze the stress corrosion cracking of differently tempered 7xxx alloys” – Materials and Corrosion 2019 – Vol. 70 – pp 1192-1204 peut également être cité. Les alliages 2000 sont connus de l’art antérieur. WO2004/106566 divulgue un alliage d'aluminium ayant une résistance et une ductilité améliorées, comprenant Cu 3,5 à 5,8% en poids , Mg 0,1 à 1,8% en poids ,Mn 0,1 - 0,8 en poids , Ag 0,2 - 0,8% en poids, Ti 0,02 - 0,12% en poids et éventuellement un ou plusieurs sélectionnés dans le groupe constitué de Cr 0,1 - 0,8% en poids, Hf 0,1 - 1,0% en poids, Sc 0,03 - 0,6% en poids, et V 0,05 - 0,15% en poids, reste aluminium, et dans lequel l'alliage est sensiblement exempt de zirconium. WO2020/123096 divulgue un alliage 2XXX, avec une teneur en titane comprise entre 0,08 et 0,20 poids % qui présente un excellent compromis d’au moins deux caractéristiques comme la résistance mécanique, la ténacité, l’allongement et la résistance à la corrosion. Cette demande divulgue des essais de corrosion sous contrainte effectués sous déformation constante. La pratique standard de traitement thermo-mécanique final de ces alliages après laminage à chaud comprend une mise en solution, une trempe la plus rapide possible, une déformation à froid d’au moins 2% et un revenu avec un seul palier isotherme. Les inventeurs ont constaté que des produits selon WO2004/106566 ne permettaient pas d’obtenir une durée de vie de plus de 10 jours après des essais de corrosion sous contrainte en traction sous charge constante à 200 MPa lorsque ces produits étaient obtenus selon la pratique standard de traitement thermo-mécanique. FR2435535 divulgue un procédé de traitement thermique de produits corroyés en alliage d’aluminium de la série 2000 contenant (en poids %) de 3,5 à 5% de cuivre, de 0,2 à 0,1% de magnésium, de 0,25 à 1,2% de silicium avec un rapport Si/Mg supérieur à 0,8 caractérisé en ce que le revenu comporte au moins deux étapes un revenu principal à une température supérieure à 225°C et inférieure à 285°C d’une durée comprise entre 6 s et 60 mn et un revenu complémentaire à une température comprise entre 120°C et 175°C d’une durée comprise entre 4 et 192 heures. FR2435535 se distingue de l’invention en ce qu’elle s’applique à des produits dont la teneur en silicium est supérieure à 0,25 % poids et en ce que la première étape du revenu est effectuée à une température supérieure à 225°C. L’invention porte sur un procédé de traitement thermo-mécanique appliqué à des alliages 2XXX de composition en % en poids Cu 3,5 – 5,8 ; Mg 0,2 – 1,5 ; Mn ≤0,9 ; Fe ≤ 0,15 ; Si ≤ 0,15 ; Zr ≤ 0,25 ; Ag ≤ 0,8; Zn ≤ 0,8; Ti 0,02-0,15, impuretés inévitables ≤ 0,05 chacune et ≤ 0,15 au total ; reste aluminium permettant d’améliorer la tenue à la corrosion sous contrainte tout en permettant d’obtenir un excellent compromis entre limite d’élasticité, ductilité, et tolérance au dommage, en particulier la ténacité. En particulier, le procédé permet d’améliorer la tenue à la corrosion sous contrainte en traction sous charge constante. L’invention porte sur un procédé de traitement thermo-mécanique de produits corroyés en alliage d’aluminium de la série 2000 comprenant, en % en poids, Cu 3,5 – 5,8 ; Mg 0,2 – 1,5 ; Mn ≤ 0,9 ; Fe ≤ 0,15 ; Si ≤ 0,15 ; Zr ≤ 0,25 ; Ag ≤ 0,8; Zn ≤ 0,8; Ti 0,02-0,15, impuretés inévitables ≤ 0,05 chacune et ≤ 0,15 au total ; reste aluminium. Ce traitement thermo-mécanique comprend une mise en solution, une trempe, un écrouissage, et un revenu. Le revenu est caractérisé en ce qu’il comprend au moins deux séquences : une première séquence dont la température exprimée en °C est décrite par une fonction dépendant du temps t, telle que la température maximale atteinte est comprise entre 130°C et 180°C et la durée de maintien t1 à une température comprise entre 130°C et 180°C est telle que la durée équivalente est comprise entre 10h et 80h, durée équivalente calculée à la température de 160°C selon la formule [Math 1] et une deuxième séquence dont la température exprimée en °C est décrite par une fonction dépendant du temps t dont la température est telle que est inférieure à et dont la durée de maintien t2 à une température comprise entre 100°C et 130°C est telle que la durée équivalente calculée à la température de 160°C selon la formule [Math 2] est comprise entre 0.1% et 15% de la durée équivalente calculée pour la première séquence. Dans un mode de réalisation préféré, la température de la deuxième séquence est inférieure à 130°C. Dans un mode de réalisation préféré, le temps de maintien t2 de la deuxième séquence compris entre 105°C et 130°C, préférentiellement entre 105°C et 125°C ou entre 110°C et 130°C, ou entre 110°C et 125°C, correspond à une durée équivalente comprise entre 0.1% et 15% de la durée équivalente calculée pour la première séquence. Préférentiellement, la durée équivalente est supérieure ou égale à 0.2% de la durée équivalente calculée pour la première séquence, de façon encore plus préférée la durée équivalente est supérieure ou égale à 0.3% ou 0,4% ou 0,5% ou 1% de la durée équivalente calculée à 160°C. Dans un mode de réalisation préféré, la durée équivalente est inférieure ou égale à 10% de la durée équivalente calculée pour la première séquence, de façon encore plus préférée la durée équivalente est inférieure ou égale à 5%, ou à 3.5%. Préférentiellement, la première séquence comprend un seul palier isotherme. Préférentiellement, le produit corroyé est une tôle mince ou une tôle épaisse ou un profilé ou une pièce forgée. Dans un mode de réalisation préféré, le produit corroyé est une tôle épaisse ou un profilé ou une pièce forgée d‘épaisseur supérieure ou égale à 30mm, préférentiellement 50 mm, encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 90 mm. Dans un mode de réalisation préféré, le produit corroyé est une tôle épaisse ayant subi une étape de mise en forme par hydroformage à haute énergie avant le revenu, préférentiellement une mise en forme par hydroformage par explosion. Le produit corroyé en alliage d’aluminium de la série 2000 est préférentiellement choisi parmi une désignation AA2139, AA2039, AA2040, AA2124, AA2024, AA2027, AA2022, AA2042. Préférentiellement, le produit corroyé en alliage d’aluminium de la série 2000 comprend, en % en poids, Cu 3,9 – 5,2 ; Mg 0,2 – 0.9 ; Mn 0,1 – 0,6 ; Fe ≤ 0,15 ; Si ≤ 0,15 ; Zr ≤ 0,15 ; Ag ≤ 0,6; Zn ≤ 0,8; Ti 0.02-0.15 , impuretés inévitables ≤ 0,05 chacune et ≤ 0,15 au total ; reste aluminium. Préférentiellement, le produit corroyé en alliage d’aluminium de la série 2000 comprend, en % en poids, Cu 4,5 – 5,0 ; Mg 0,40 – 0,90 ; Mn 0,20 – 0,50 ; Fe ≤ 0,15 ; Si ≤ 0,15 ; Zr ≤ 0,05 ; Ag 0,10 – 0,50 ; Zn ≤ 0,5 ; Ti 0,02-0,15, impuretés inévitables ≤ 0,05 chacune et ≤ 0,15 au total ; reste aluminium. L’invention porte par ailleurs sur un produit corroyé en alliage d’aluminium de la série 2000 d’épaisseur supérieure ou égale à 30 mm comprenant en % en poids, Cu 3,5 – 5,8 ; Mg 0,2 – 1,5 ; Mn ≤ 0,9 ; Fe ≤ 0,15 ; Si ≤ 0,15 ; Zr ≤ 0,25 ; Ag ≤ 0,8 ; Zn ≤ 0,8 ; Ti 0,02-0,15, impuretés inévitables ≤ 0,05 chacune et ≤ 0,15 au total ; reste aluminium ; susceptible d’être obtenue par le procédé de traitement thermo-mécanique selon l’invention. Ce produit se caractérise en ce que la durée de vie moyenne en corrosion sous contrainte à une contrainte inférieure ou égale à 200 MPa appliquée dans le sens travers court TC est supérieure à 10 jours, les essais étant réalisés selon les conditions de l’ASTM G47 - 98 (2019) en utilisant un dispositif en traction sous charge constante selon l’ASTM G49 - 85 (2019). Préférentiellement, le produit corroyé en alliage d’aluminium de la série 2000 d’épaisseur supérieure ou égale à 30 mm se caractérise en ce que la durée de vie moyenne en corrosion sous contrainte à une contrainte inférieure ou égale à 200 MPa appliquée dans le sens travers court TC et l’écart type obtenu sont tels que la différence entre la durée de vie moyenne et l’écart type est supérieure à 10 jours. Préférentiellement, le produit corroyé en alliage d’aluminium de la série 2000 d’épaisseur supérieure ou égale à 30 mm a une limite d’élasticité dans le sens travers long TL supérieure ou égale à 400 MPa. Préférentiellement, le produit corroyé en alliage d’aluminium de la série 2000 d’épaisseur supérieure ou égale à 30 mm comprend en % en poids, Cu 3,9 – 5,2 ; Mg 0,2 – 0.9 ; Mn 0,1 – 0,6 ; Fe ≤ 0,15 ; Si ≤ 0,15 ; Zr ≤ 0,15 ; Ag ≤ 0,6 ; Zn ≤ 0,8 ; Ti 0,02-0,15, impuretés inévitables ≤ 0,05 chacune et ≤ 0,15 au total ; reste aluminium. Préférentiellement, le produit corroyé en alliage d’aluminium de la série 2000 d’épaisseur supérieure ou égale à 30 mm comprend en % en poids, Cu 4,5 – 5,0 ; Mg 0,40 – 0,90 ; Mn 0,20 – 0,50 ; Fe ≤ 0,15 ; Si ≤ 0,15 ; Zr ≤ 0,05 ; Ag 0,10 – 0,50 ; Zn ≤ 0,5 ; Ti 0,02-0,15, impuretés inévitables ≤ 0,05 chacune et ≤ 0,15 au total ; reste aluminium. Avantageusement, le produit selon l’invention est utilisé pour des applications aéronautiques de structures intégrales telles que des éléments de fuselage, de nervure ou de longeron. FIGURES La est une représentation schématique du revenu d’un mode de réalisation de l’invention où les deux séquences sont réalisées successivement sans passer par une étape à température ambiante. La montre une représentation schématique du revenu d’un mode de réalisation de l’invention où les deux séquences sont réalisées successivement en passant par une étape à température ambiante. La montre une représentation schématique du revenu d’un mode de réalisation de l’invention où la première séquence est un mono-palier. Procédé de traitement thermo-mécanique de produits corroyés en alliage d’aluminium de la série 2000 comprenant, en % en poids, Cu 3,5 – 5,8 ; Mg 0,2 – 1,5 ; Mn ≤ 0,9 ; Fe ≤ 0,15 ; Si ≤ 0,15 ; Zr ≤ 0,25 ; Ag ≤ 0,8 ; Zn ≤ 0,8 ; Ti 0,02-0,15 impuretés inévitables ≤ 0,05 chacune et ≤ 0,15 au total ; reste aluminium, traitement thermo-mécanique comprenant une mise en solution, une trempe, un écrouissage, et un revenu caractérisé en ce que le revenu comprend au moins deux séquences, une première séquence dont la température exprimée en °C est décrite par une fonction dépendant du temps t, telle que la température maximale atteinte est comprise entre 130°C et 180°C et la durée de maintien t1 à une température comprise entre 130°C et 180°C est telle que la durée équivalente est comprise entre 10h et 80h, durée équivalente calculée à la température de 160°C selon la formule [Math 1] et une deuxième séquence dont la température exprimée en °C est décrite par une fonction . dépendant du temps t dont la température est telle que et dont la durée de maintien t2 à une température comprise entre 100°C et 130°C est telle que la durée équivalente calculée à la température de 160°C selon la formule [Math 2] est comprise entre 0.1% et 15% de la durée équivalente calculée pour la première séquence. Procédé de traitement thermo-mécanique selon la revendication 1 où la température de la deuxième séquence est inférieure à 130°C. Procédé de traitement thermo-mécanique selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le temps de maintien t2 de la deuxième séquence compris entre 105°C et 130°C correspond à une durée équivalente comprise entre 0.1% et 15% de la durée équivalente calculée pour la première séquence. Procédé de traitement thermo-mécanique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la durée équivalente est supérieure ou égale à 0,2%, préférentiellement supérieure ou égale à 0,3% ; de la durée équivalente calculée pour la première séquence. Procédé de traitement thermo-mécanique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la durée équivalente est inférieure ou égale à 10%, préférentiellement inférieure ou égale à 5%, de la durée équivalente calculée pour la première séquence. Procédé de traitement thermo-mécanique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la première séquence comprend un seul palier isotherme. Procédé de traitement thermo-mécanique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le produit corroyé est une tôle mince ou une tôle épaisse ou un profilé ou une pièce forgée. Procédé de traitement thermo-mécanique selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le produit corroyé est une tôle épaisse ayant subi une étape de mise en forme par hydroformage à haute énergie avant revenu. Procédé de traitement thermo-mécanique selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le produit corroyé en alliage d’aluminium de la série 2000 est choisi parmi AA2139, AA2039, AA2040, AA2124, AA2024, AA2027, AA2022, AA2042. Procédé de traitement thermo-mécanique selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que le produit corroyé en alliage d’aluminium de la série 2000 comprend, en % en poids, Cu 3,9 – 5,2 ; Mg 0,2 – 0.9 ; Mn 0,1 – 0,6 ; Fe ≤ 0,15 ; Si ≤ 0,15 ; Zr ≤ 0,15 ; Ag ≤ 0,6 ; Zn ≤ 0,8 ; Ti 0,02-0,15 impuretés inévitables ≤ 0,05 chacune et ≤ 0,15 au total ; reste aluminium. Procédé de traitement thermo-mécanique selon l’une quelconque des revendication 1 à 9 caractérisé en ce que le produit corroyé en alliage d’aluminium de la série 2000 comprend, en % en poids, Cu 4,5 – 5,0 ; Mg 0,40 – 0,90 ; Mn 0,20 – 0,50 ; Fe ≤ 0,15 ; Si ≤ 0,15 ; Zr ≤ 0,05 ; Ag 0,10 – 0,50; Zn ≤ 0,5; Ti 0,02-0,15 impuretés inévitables ≤ 0,05 chacune et ≤ 0,15 au total ; reste aluminium. Produit corroyé en alliage d’aluminium de la série 2000 d’épaisseur supérieure ou égale à 30 mm comprenant en % en poids, Cu 3,5 – 5,8 ; Mg 0,2 – 1,5 ; Mn ≤ 0,9 ; Fe ≤ 0,15 ; Si ≤ 0,15 ; Zr ≤ 0,25 ; Ag ≤ 0,8 ; Zn ≤ 0,8 ; Ti 0,02-0,15 impuretés inévitables ≤ 0,05 chacune et ≤ 0,15 au total ; reste aluminium ; obtenu par le procédé de traitement thermo-mécanique selon l’une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la durée de vie moyenne en corrosion sous contrainte à une contrainte inférieure ou égale à 200 MPa appliquée dans le sens travers court TC est supérieure à 10 jours, les essais étant réalisés selon les conditions de l’ASTM G47 - 98 (2019) en utilisant un dispositif en traction sous charge constante selon l’ASTM G49 - 85 (2019). Produit corroyé en alliage d’aluminium de la série 2000 d’épaisseur supérieure ou égale à 30 mm selon la revendication 12 caractérisé en ce que la durée de vie moyenne en corrosion sous contrainte à une contrainte inférieure ou égale à 200 MPa appliquée dans le sens travers court TC et l’écart type obtenu sont tels que la différence entre la durée de vie moyenne et l’écart type est supérieure à 10 jours. Produit corroyé en alliage d’aluminium de la série 2000 d’épaisseur supérieure ou égale à 30 mm selon la revendication 12 ou 13 dont la limite d’élasticité dans le sens travers long TL est supérieure ou égale à 400 MPa. Produit corroyé en alliage d’aluminium de la série 2000 d’épaisseur supérieure ou égale à 30 mm selon l’une quelconque des revendications 12 à 14 comprenant en % en poids, Cu 3,9 – 5,2 ; Mg 0,2 – 0,9 ; Mn 0,1 – 0,6 ; Fe ≤ 0,15 ; Si ≤ 0,15 ; Zr ≤ 0,15 ; Ag ≤ 0,6 ; Zn ≤ 0,8 ; Ti 0,02-0,15 impuretés inévitables ≤ 0,05 chacune et ≤ 0,15 au total ; reste aluminium. Produit corroyé en alliage d’aluminium de la série 2000 d’épaisseur supérieure ou égale à 30 mm selon l’une quelconque des revendications 12 à 14 comprenant en % en poids, Cu 4,5 – 5,0 ; Mg 0,40 – 0,90 ; Mn 0,20 – 0,50 ; Fe ≤ 0,15 ; Si ≤ 0,15 ; Zr ≤ 0,05 ; Ag 0,10 – 0,50 ; Zn ≤ 0,5 ; Ti 0,02-0,15 impuretés inévitables ≤ 0,05 chacune et ≤ 0,15 au total ; reste aluminium. Utilisation d’un produit corroyé selon l’une des revendications 12 à 16 ou obtenu selon l’une des revendications 1 à 11 pour des applications aéronautiques de structures intégrales telles que des éléments de fuselage, de nervure ou de longeron.