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WO2023144492A1 - Tole mince amelioree en alliage d'aluminium-cuivre-lithium - Google Patents

Tole mince amelioree en alliage d'aluminium-cuivre-lithium Download PDF

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Publication number
WO2023144492A1
WO2023144492A1 PCT/FR2023/050105 FR2023050105W WO2023144492A1 WO 2023144492 A1 WO2023144492 A1 WO 2023144492A1 FR 2023050105 W FR2023050105 W FR 2023050105W WO 2023144492 A1 WO2023144492 A1 WO 2023144492A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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weight
less
equal
thin sheet
content
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/FR2023/050105
Other languages
English (en)
Inventor
Juliette CHEVY
Pablo LORENZINO
Hélène GODIN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Constellium Issoire SAS
Original Assignee
Constellium Issoire SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Constellium Issoire SAS filed Critical Constellium Issoire SAS
Priority to US18/730,122 priority Critical patent/US20250137102A1/en
Priority to EP23706662.6A priority patent/EP4469611A1/fr
Priority to CN202380017755.XA priority patent/CN118613598A/zh
Priority to JP2024544637A priority patent/JP2025504927A/ja
Priority to CA3246290A priority patent/CA3246290A1/fr
Publication of WO2023144492A1 publication Critical patent/WO2023144492A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
    • C22C21/18—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with zinc
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/057—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with copper as the next major constituent

Definitions

  • the invention relates to thin aluminum-copper-lithium alloy sheets, more particularly, such products, their methods of manufacture and use, intended in particular for aeronautical and aerospace construction for fuselage sheet applications.
  • Aluminum-lithium alloys are very interesting in this regard, because lithium can reduce the density of aluminum by 3% and increase the modulus of elasticity by 6% for each weight percent of lithium added.
  • EP 1 891 247 discloses a low density aluminum-based alloy useful in an aircraft structure for fuselage sheet metal applications having high mechanical strength, high toughness and high corrosion resistance, containing in % by weight, 2.7 to 3.4 Cu, 0.8 to 1.4 Li, 0.1 to 0.8 Ag, 0.2 to 0.6 Mg and an element such as Zr, Mn, Cr, Sc, Hf, Ti or a combination thereof, the amount of which, in % by weight, is 0.05 to 0.13 for Zr, 0.05 to 0.8 for Mn, 0, 05 to 0.3 for Cr and Sc, 0.05 to 0.5 for Hf and 0.05 to 0.15 for Ti.
  • the amount of Cu and Li is determined according to the formula Cu (% by weight) + 5/3 Li (% by weight) ⁇ 5.2.
  • Fuselage sheets can be stressed in several directions and isotropic thin sheets having high and balanced properties in mechanical strength in the L and TL directions and in toughness for the LT and TL directions are highly sought after.
  • thin sheets obtained with certain alloys having high properties at certain thicknesses for example 4 mm, can in certain cases have lower or anisotropic properties at another thickness, for example 2.5 mm. It is often not industrially advantageous to use different alloys for different thicknesses and an alloy making it possible to achieve high and isotropic properties regardless of the thickness would be particularly advantageous.
  • Patent EP 1 966402 describes an alloy comprising 2.1 to 2.8% by weight of Cu, 1.1 to 1.7% by weight of Li, 01 to 0.8% by weight of Ag, 0.2 to 0.6% by weight of Mg, 0.2 to 0.6% by weight of Mn, an amount of Fe and Si less than or equal to 0.1% by weight each, and unavoidable impurities at a content less than or equal to 0.05% by weight each and 0.15% by weight in total, the alloy being substantially free of zirconium, particularly suitable for obtaining recrystallized thin sheets.
  • W02016/051099 describes a 0.5 to 9 mm thick sheet of essentially recrystallized granular structure in aluminum-based alloy comprising 2.8 to 3.2% by weight of Cu, 0.5 to 0.8% in weight Li, 0.1-0.3 wt% Ag, 0.2-0.7 wt% Mg, 0.2-0.6 wt% Mn, 0.01-0.15 % by weight of Ti, an amount of Zn less than 0.2% by weight, an amount of Fe and Si less than or equal to 0.1% by weight each, and unavoidable impurities at a content less than or equal to 0 0.05% by weight each and 0.15% by weight in total, said sheet being obtained by a process comprising casting, homogenization, hot rolling and optionally cold rolling, solution treatment, quenching and tempering.
  • WO2016/051099 discloses R-curve data in Figures 1 and 2. These R-curves are not limited to only valid points. The inventors have found that the disclosure of WO2016/051099, as well as the examples do not make it possible to obtain a value of Aaeff_max greater than 80 mm.
  • Curve R represents the evolution of the critical effective stress intensity factor for crack propagation as a function of effective crack extension, under increasing monotonic stress. It allows the determination of the critical load for unstable failure for any configuration relevant to cracked aircraft structures.
  • the values for stress intensity factor and crack extension are effective values as defined in ASTM E561-20.
  • a first object of the invention is a thin sheet with a thickness of less than 12.7 mm, of essentially recrystallized granular structure in an aluminum-based alloy comprising, in% by weight, 2.5 to 3.5% of Cu, 0, 7-0.9% Li, 0.3-0.5% Mg, 0.2-0.5% Mn, 0.25-0.65% Zn, 0.01-0.15% of Ti, 0 to 0.07% of Ag, an amount of Fe and Si less than or equal to 0.1% each, and unavoidable impurities at a content less than or equal to 0.05% each and 0.15 % by weight in total, rest aluminum.
  • a second object of the invention is a process for manufacturing a thin sheet with a thickness of less than 12.7 mm, in aluminum alloy in which, successively a) a bath of liquid metal is produced so as to obtain an alloy of aluminum comprising in% by weight, 2.5 to 3.5% Cu, 0.7 to 0.9% Li, 0.3 to 0.5% Mg, 0.2 to 0.5% Mn, 0.25 to 0.65% Zn,
  • Yet another object of the invention is the use of a thin sheet according to the invention or obtained according to the method of the invention for fuselage structural elements.
  • Figure 1 represents the evolution of the tensile yield strength Rp0.2 as a function of the tempering time at 155°C for different sheets according to example 1.
  • Figure 2 represents the RpO.2-TL - Kapp (T-L) compromise of the sheets tested in examples 1 and 3.
  • Figure 3 represents the compromise Rp0.2 -TL- Aaeff_max of the sheets tested in examples 1 and 3. Detailed description of the invention
  • an essentially non-recrystallized granular structure is called a granular structure such that the recrystallization rate at % thickness is less than 30% and preferably less than 10% and an essentially recrystallized granular structure is called a granular structure such that the recrystallization rate at % thickness is greater than 70% and preferably greater than 90%.
  • the recrystallization rate is defined as the fraction of area on a metallographic section occupied by recrystallized grains. Grain sizes are measured according to ASTM E112 -2013.
  • the static mechanical characteristics in other words the ultimate breaking strength Rm, the tensile yield strength R p o,2 and the elongation at break A, are determined by a tensile test according to EN 6892-1-2019, the location from which the parts are taken and their direction being defined by EN 485-1-2016.
  • a curve giving the effective stress intensity factor versus effective crack extension, known as the R-curve, is determined according to ASTM E 561-20.
  • the critical stress intensity factor KC in other words the intensity factor that makes the crack unstable, is calculated from the R-curve.
  • the stress intensity factor KCO is also calculated by assigning the length from initial crack at the beginning of the monotonic load, to the critical load. These two values are calculated for a specimen of the required shape.
  • Kapp represents the KCO factor corresponding to the specimen that was used to perform the R-curve test.
  • Keff represents the KC factor corresponding to the specimen that was used to perform the R-curve test.
  • Aaeff_max represents the crack extension of the last valid point of the R-curve, valid according to ASTM E561-20.
  • the crack size at the end of the pre-fatigue cracking stage is W/3 for type M(T) specimens, where W is the width of the specimen as defined in the ASTM standard E561-20.
  • the width of the specimen used in a toughness test can have a substantial influence on the R-curve measured in the test. Since the fuselage sheets are large panels, only the toughness results obtained on sufficiently wide samples, such as samples having a width greater than or equal to 400 mm, are considered significant for the assessment of toughness. For this reason, only CCT760 test specimens, which have a width of 760 mm, were used for toughness evaluation.
  • a fuselage structural element includes the elements that make up the fuselage such as the fuselage skin, the fuselage stiffeners or stringers, the bulkheads (bulkheads), the fuselage frames (circumferential frames ).
  • sheet or “thin sheet” used interchangeably in this disclosure, it is meant a rolled product not exceeding 12.7 mm or 0.5 inch in thickness.
  • the sheets according to the invention have a thickness comprised from 0.5 to 12.7 mm, preferentially from 0.5 mm to 9 mm, more preferentially from 1.5 mm to 6 mm.
  • a selected class of aluminum alloys containing specific and critical amounts of copper, lithium, magnesium, zinc, manganese but containing essentially no silver makes it possible to prepare thin sheets having a improved compromise between toughness and mechanical resistance, and an improved Aaeff_max value corresponding to the crack extension of the last valid point of the R curve.
  • the thin sheet with a thickness of less than 12.7 mm, of essentially recrystallized granular structure in aluminum-based alloy comprising wt%, 2.5-3.5% Cu, 0.7-0.9% Li, 0.3-0.5% Mg, 0.2-0.5% Mn, 0, 25 to 0.65% Zn, 0.01 to 0.15% Ti, 0 to 0.07% Ag, an amount of Fe and Si less than or equal to 0.1% each, and impurities unavoidable at a content less than or equal to 0.05% each and 0.15% in total, the remainder aluminum is in the T8 metallurgical state.
  • the thin sheet has undergone solution treatment, cold deformation and tempering.
  • the copper content is 2.5 to 3.5% by weight. If the copper content is more than 3.5% by weight, it is not possible to obtain sufficient toughness. Preferably, the copper content is at most 3.4%, 3.3%, 3.2% or 3.1%. If the copper content is less than 2.5% is too low. Preferably the copper content is at least 2.7% or even at least 2.8% by weight in order to obtain sufficient mechanical strength. In an advantageous embodiment of the invention, the copper content is 2.8 to 3.1% by weight.
  • the lithium content is 0.7% to 0.9% by weight. In an advantageous embodiment of the invention, the lithium content is from 0.7% to 0.8%, preferably from 0.70 to 0.80%.
  • the addition of lithium can contribute to the increase in the mechanical resistance and the toughness, a content that is too high or too low does not make it possible to obtain a high value of toughness and/or a sufficient elastic limit.
  • the magnesium content is 0.3% to 0.5% by weight. In an advantageous embodiment of the invention, the magnesium content is from 0.30% to 0.45% by weight, preferably from 0.35% to 0.45% by weight.
  • the manganese content is 0.2 to 0.5% by weight and preferably 0.20% to 0.45% by weight, and even more preferably 0.25% to 0.45% by weight . In one embodiment of the invention the manganese content is at most 0.45% by weight. Addition of manganese in the amount claimed controls the essentially recrystallized grain structure at mid-thickness while maintaining a homogeneous structure through the thickness.
  • the silver content is less than or equal to 0.07% by weight, preferably less than or equal to 0.05% by weight, even more preferably less than or equal to 0.04% by weight, or even 0.03% by weight.
  • the zinc content is 0.25 to 0.65% by weight, preferably 0.45% to 0.65% by weight. According to the present invention, it has been observed that the presence of zinc in the contents between 0.25% and 0.65% combined with a silver content less than or equal to 0.07% by weight, preferably less than or equal to 0.04% or even 0.03% makes it possible to obtain a higher tensile yield strength near the peak of tempering.
  • the titanium content is 0.01% to 0.15% by weight.
  • the titanium content is at least 0.02% by weight and preferably at least 0.03% by weight.
  • the titanium content is at most 0.1% by weight and preferably at most 0.05% by weight.
  • the addition of titanium helps to control the grain structure, especially during casting.
  • the iron and silicon contents are each at most 0.1% by weight. In an advantageous embodiment of the invention, the iron and silicon contents are at most 0.08% and preferably at most 0.04% by weight.
  • a controlled and limited iron and silicon content contributes to the improvement of the compromise between mechanical resistance and damage tolerance.
  • the unavoidable impurities are maintained at a content less than or equal to 0.05% by weight each and 0.15% by weight in total.
  • the rest is aluminum.
  • the alloy composition is substantially free of zirconium.
  • substantially free of zirconium is meant that zirconium is not an intentionally added addition element. It may however be present as impurities at a zirconium content of less than or equal to 0.05% by weight, preferably less than or equal to 0.04% by weight, even more preferably less than or equal to 0, 03% by weight, or even less than or equal to 0.01% by weight.
  • the thin sheets according to the invention have in the T8 state:
  • the sheet manufacturing process according to the invention comprises steps of production, casting, rolling, solution treatment, quenching, controlled traction and tempering.
  • a bath of liquid metal is prepared so as to obtain an aluminum alloy of composition according to the invention.
  • the liquid metal bath is then cast in a form of rolling plate.
  • the rolling plate is then homogenized at a temperature between 480°C and 535° and preferably between 490°C and 530°C and preferably between 500°C and 520°C.
  • the homogenization time is preferably between 5 and 60 hours. In the context of the invention, too low a homogenization temperature or the absence of homogenization does not make it possible to achieve improved and isotropic properties compared to those of known products, in particular in terms of mechanical resistance in the L and TL directions and toughness for the L-T and T-L directions, over the whole of this thickness range.
  • the rolling plate After homogenization, the rolling plate is generally cooled to ambient temperature before being preheated in order to be hot deformed.
  • the purpose of the preheating is to reach a temperature preferably between 400 and 500° C. allowing the deformation by hot rolling.
  • the hot and optionally cold rolling is carried out so as to obtain a sheet with a thickness of less than 12.7 mm, preferably between 0.5 and 9 mm.
  • a temperature above 400° C., preferably above 450° C. is maintained up to a thickness of 20 mm.
  • Intermediate heat treatments during rolling and/or after rolling can be carried out in certain cases.
  • the method does not include any intermediate heat treatment during rolling and/or after rolling.
  • the sheet thus obtained is then dissolved by heat treatment between 450 and 535°C, preferably between 490°C and 530°C and preferably between 500°C and 520°C, preferably for 5 min to 2 hours. , then soaked.
  • the dissolution time is at most 1 hour so as to minimize surface oxidation. It is known to those skilled in the art that the precise conditions for placing solution must be chosen according to the thickness and the composition so as to put the hardening elements in solid solution.
  • the sheet then undergoes cold deformation by controlled traction with a permanent deformation of 0.5 to 5% and preferably of 1 to 3%.
  • Known steps such as rolling, planing, smoothing, straightening shaping can optionally be carried out after solution treatment and quenching and before or after controlled traction, however total cold deformation after solution treatment and quenching must remain below 15% and preferably below 10%.
  • Tempering is carried out comprising heating at a temperature of between 130 and 170° C. and preferably between 150 and 160° C. for 5 to 100 hours and preferably from 10 to 40 hours.
  • the tempering treatment is carried out in such a way as to obtain an equivalent duration t1 eq at 150° C. comprised from 10 h to 80 h, preferentially from 40 h to 75 h, even more preferentially from 55 h to 75 h.
  • T° c (t) (in °C) is the instantaneous temperature of the sheet which changes over time
  • the calculation is performed over the time interval (in seconds) corresponding to the tempering processing time.
  • the metallurgical state of the thin sheet after tempering is preferably a T8 state.
  • thin sheets according to the invention or obtained according to the process of the invention is advantageous in fuselage structural elements or in aerospace applications such as the manufacture of rockets.
  • composition D whose composition in % by weight is given in Table 1, was cast in the form of plates.
  • Composition D corresponds to a composition according to the invention.
  • Two plates were homogenized at 508° C. for 12 hours, then reheated before hot rolling at 505° C. for approximately 28 hours in order to obtain two thin sheets with respective thicknesses of 4.2 mm and 2.5 mm.
  • the sheets then underwent solution treatment at 505°, stress relief by traction of 2% and tempering for 40 h at 155° C. (equivalent time of 63 h at 150° C.).
  • the granular structure of the mid-thickness samples was characterized from the microscopic observation of metallographic sections in the L-TC direction after anodic oxidation under polarized light.
  • the granular structure of the sheets is essentially recrystallized at mid-thickness.
  • the samples were mechanically tested to determine their static mechanical properties (Table 3) as well as their toughness (Tables 4 and 5).
  • the toughness characteristics were measured at full thickness and after facing of so as to have 1.2 mm specimens, the surfacing having been carried out on one side only; the specimens have a width of 760 mm.
  • Table 5 discloses Aaeff_max for each of the cases.
  • Aaeff_max represents the crack extension of the last point of the R-curve, valid according to ASTM E561-20. The last point is obtained either at the moment of the sudden rupture of the specimen, or possibly at the moment when the stress on the uncracked ligament exceeds on average the elastic limit of the material.
  • the value of the tensile yield strength of the material R p o.2 is given in Table 4; it is measured after the R curve test, on an undeformed zone of the CT760 toughness specimen located above the initial crack.
  • Alloys A, B, C, D were cast in the form of plates. Their composition in % by weight is indicated in Table 6. Alloys A, B, C have compositions outside the invention. They are representative of the disclosure of WO2016/051099.
  • Ti targeted 0.03% by weight and Si, Fe targeted ⁇ 0.05% by weight.
  • sheet D#1 reaches a yield strength R p 0.2 higher than the other sheets A#1, B#1, C#1. Its hardening kinetics is faster at the beginning of the tempering kinetics.
  • Alloys A, E, F were cast in the form of plates. Their composition in % by weight is indicated in Table 9. Alloys A, E, F have compositions outside the invention. Alloy A is representative of the disclosure of WO2016/051099.
  • Figure 3 shows that alloy D according to the invention has a better compromise R p o.2 - Aaeff_ max than alloys A, E and F.

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Abstract

L'invention concerne une tôle mince d'épaisseur inférieure à 12,7 mm de structure granulaire essentiellement recristallisée en alliage à base d'aluminium comprenant en % en poids, 2,5 à 3,5 % de Cu, 0,7 à 0,9 % de Li, 0,3 à 0,5 % de Mg, 0,2 à 0,5 % de Mn, 0,25 à 0,65 % de Zn, 0,01 à 0,15 % de Ti, 0 à 0,07 % d'Ag, une quantité de Fe et de Si inférieure ou égale à 0,1 % chacun, et des impuretés inévitables à une teneur inférieure ou égale à 0,05% chacune et 0,15% en poids au total, reste aluminium.

Description

Description
Titre de l'invention : Tôle mince améliorée en alliage d'aluminium-cuivre- lithium
Domaine technique
L'invention concerne les tôles minces en alliage d'aluminium-cuivre-lithium, plus particulièrement, de tels produits, leurs procédés de fabrication et d'utilisation, destinés notamment à la construction aéronautique et aérospatiale pour les applications de tôle de fuselage.
Art anterieur
Un effort de recherche continu est réalisé afin de développer des matériaux qui puissent simultanément réduire le poids et augmenter l'efficacité des structures d'avions à hautes performances. Les alliages aluminium-lithium (AILi) sont très intéressants à cet égard, car le lithium peut réduire la densité de l'aluminium de 3 % et augmenter le module d'élasticité de 6 % pour chaque pourcent en poids de lithium ajouté.
EP 1 891 247 divulgue un alliage à base d'aluminium de faible masse volumique utile dans une structure d'aéronef pour les applications de tôle de fuselage présentant une résistance mécanique élevée, une haute ténacité et une résistance élevée à la corrosion, contenant en % en poids, 2,7 à 3,4 de Cu, 0,8 à 1,4 de Li, 0,1 à 0,8 d'Ag, 0,2 à 0,6 de Mg et un élément tel que Zr, Mn, Cr, Sc, Hf, Ti ou une combinaison de ceux-ci, dont la quantité, dans % en poids, est de 0,05 à 0,13 pour Zr, 0,05 à 0,8 pour Mn, 0,05 à 0,3 pour Cr et Sc, 0,05 à 0,5 pour Hf et 0,05 à 0,15 pour Ti. La quantité de Cu et de Li est déterminée selon la formule Cu (% en poids) + 5/3 Li (% en poids) < 5,2.
Le brevet US 5,455,003 décrit un procédé de fabrication d'alliages Al-Cu-Li qui présentent une résistance mécanique et une ténacité améliorées à température cryogénique, en particulier grâce à un écrouissage et un revenu appropriés. Ce brevet recommande en particulier la composition, en pourcentage en poids, Cu = 3,0 - 4,5, Li = 0,7 - 1,1, Ag = 0 - 0,6, Mg = 0,3-0, 6 et Zn = 0 - 0,75. US 5,455,003 encourage à développer des produits non recristallisés pour obtenir les propriétés attendues en condition cryogénique et utiliser l'addition de Zr et Ti. Les tôles de fuselage peuvent être sollicitées dans plusieurs directions et des tôles minces isotropes ayant des propriétés élevées et équilibrées en résistance mécanique dans les directions L et TL et en ténacité pour les directions L-T et T-L sont très recherchées. De plus on a constaté que des tôles minces obtenues avec certains alliages présentant des propriétés élevées à certaines épaisseurs, par exemple 4 mm peuvent dans certains cas avoir des propriétés moins élevées ou anisotropes à une autre épaisseur, par exemple 2,5 mm. Il n'est souvent pas avantageux industriellement d'utiliser des alliages différents pour différentes épaisseurs et un alliage permettant d'atteindre des propriétés élevées et isotropes quelle que soit l'épaisseur serait particulièrement avantageux.
Le brevet EP 1 966402 décrit un alliage comprenant 2,1 à 2,8 % en poids de Cu, 1,1 à 1,7 % en poids de Li, 01 à 0,8 % en poids de Ag, 0,2 à 0,6 % en poids de Mg, 0,2 à 0,6 % en poids de Mn, une quantité de Fe et de Si inférieure ou égale à 0,1 % en poids chacun, et des impuretés inévitables à une teneur inférieure ou égale à 0,05% en poids chacune et 0,15% en poids au total, l'alliage étant sensiblement exempt de zirconium, particulièrement adapté pour l'obtention de tôles minces recristallisées.
W02016/051099 décrit une tôle d'épaisseur 0,5 à 9 mm de structure granulaire essentiellement recristallisée en alliage à base d'aluminium comprenant 2,8 à 3,2 % en poids de Cu, 0,5 à 0,8 % en poids de Li, 0,1 à 0,3 % en poids de Ag, 0,2 à 0,7 % en poids de Mg, 0,2 à 0,6 % en poids de Mn, 0,01 à 0,15 % en poids de Ti, une quantité de Zn inférieure à 0,2 % en poids, une quantité de Fe et de Si inférieure ou égale à 0,1 % en poids chacun, et des impuretés inévitables à une teneur inférieure ou égale à 0,05% en poids chacune et 0,15% en poids au total, la dite tôle étant obtenue par un procédé comprenant coulée, homogénéisation, laminage à chaud et optionnellement laminage à froid, mise en solution, trempe et revenu.
Il existe un besoin pour des tôles minces ayant une limite d'élasticité élevée (pour résister au flambage) ainsi qu'une ténacité sous contrainte plane élevée, en particulier présentant une valeur élevée de facteur d'intensité de contrainte apparent à la rupture (Kapp) et des valeurs de Aaeff_max élevées ; Aaeff_max représente l'extension de fissure du dernier point de la courbe R, valide selon la norme ASTM E561-20.
W02016/051099 divulgue des données de courbe R aux figures 1 et 2. Ces courbes R ne se limitent pas aux seuls points valides. Les inventeurs ont constaté que la divulgation de W02016/051099, ainsi que les exemples ne permettent pas d'obtenir une valeur de Aaeff_max supérieure à 80 mm.
L'essai de courbe R est un moyen largement reconnu pour caractériser les propriétés de ténacité. La courbe R représente l'évolution du facteur d'intensité de contrainte effective critique pour la propagation de fissure en fonction de l'extension de fissure effective, sous une contrainte monotone croissante. Elle permet la détermination de la charge critique pour une rupture instable pour toute configuration pertinente à des structures d'aéronef fissurées. Les valeurs du facteur d'intensité de contrainte et de l'extension de fissure sont des valeurs effectives telles que définies dans la norme ASTM E561-20. L'analyse classique, généralement utilisée, des essais réalisés sur des panneaux à fissure centrale, donne un facteur d'intensité de contrainte apparent à la rupture (Kapp). Cette valeur ne varie pas nécessairement de façon significative en fonction de la longueur de la courbe R. Cependant, la longueur de la courbe R - à savoir l'extension de fissure maximale de la courbe Aaeff_max - est un paramètre important en soi pour la conception de fuselage, en particulier pour des panneaux comportant des raidisseurs fixés.
Exposé de l'invention
Un premier objet de l'invention est une tôle mince d'épaisseur inférieure à 12.7 mm, de structure granulaire essentiellement recristallisée en alliage à base d'aluminium comprenant en % en poids, 2,5 à 3,5 % de Cu, 0,7 à 0,9 % de Li, 0,3 à 0,5 % de Mg, 0,2 à 0,5 % de Mn, 0,25 à 0,65 % de Zn, 0,01 à 0,15 % de Ti, 0 à 0,07 % d'Ag, une quantité de Fe et de Si inférieure ou égale à 0,1 % chacun, et des impuretés inévitables à une teneur inférieure ou égale à 0,05% chacune et 0,15% en poids au total, reste aluminium.
Un deuxième objet de l'invention est un procédé de fabrication d'une tôle mince d'épaisseur inférieure à 12.7 mm, en alliage d'aluminium dans lequel, successivement a) on élabore un bain de métal liquide de façon à obtenir un alliage d'aluminium comprenant en % en poids, 2,5 à 3,5 % de Cu, 0,7 à 0,9 % de Li, 0,3 à 0,5 % de Mg, 0,2 à 0,5 % de Mn, 0,25 à 0,65 % de Zn,
0,01 à 0,15 % de Ti,
0 à 0,07 % d'Ag, une quantité de Fe et de Si inférieure ou égale à 0,1 % chacun, et des impuretés inévitables à une teneur inférieure ou égale à 0,05% chacune et 0,15% au total, reste aluminium. b) on coule une plaque à partir dudit bain de métal liquide, c) on homogénéise ladite plaque à une température comprise de 480°C à 535 C ; d) on lamine ladite plaque par laminage à chaud et optionnellement à froid en une tôle ayant une épaisseur inférieure à 12,7 mm, de préférence une épaisseur de 0,5 mm à
9 mm ; e) on met en solution à une température comprise de 450 °C à 535 °C et on trempe ladite tôle ; f) on fractionne de façon contrôlée ladite tôle avec une déformation permanente de 0,5 à 5 %, g) on effectue un revenu comprenant un chauffage à une température comprise de 130 à 170°C et de préférence de 150 à 160°C pendant 5 à 100 heures et de préférence de 10 à 60 heures.
Encore un autre objet de l'invention est l'utilisation d'une tôle mince selon l'invention ou obtenue selon le procédé de l'invention pour des éléments de structure de fuselage.
Figures
[Fig. 1] La Figure 1 représente l'évolution de la limite d'élasticité en traction Rp0.2 en fonction de la durée de revenu à 155°C pour différentes tôles selon l'exemple 1.
[Fig. 2] La Figure 2 représente le compromis RpO.2-TL - Kapp (T-L) des tôles testées dans les exemples 1 et 3.
[Fig. 3] La Figure 3 représente le compromis Rp0.2 -TL- Aaeff_max des tôles testées dans les exemples 1 et 3. Description détaillée de l'invention
Sauf mention contraire, toutes les indications concernant la composition chimique des alliages sont exprimées comme un pourcentage en poids basé sur le poids total de l'alliage. La désignation des alliages se fait en conformité avec les règlements de The Aluminium Association, connus de l'homme du métier. Les définitions des états métallurgiques sont indiquées dans la norme européenne EN 515 -2017.
Dans le cadre de la présente invention, on appelle structure granulaire essentiellement non — recristallisée une structure granulaire telle que le taux de recristallisation à % épaisseur est inférieur à 30% et de préférence inférieur à 10% et on appelle structure granulaire essentiellement recristallisée une structure granulaire telle que le taux de recristallisation à % épaisseur est supérieur à 70% et de préférence supérieur à 90%. Le taux de recristallisation est défini comme la fraction de surface sur une coupe métallographique occupée par des grains recristallisés. Les tailles de grain sont mesurées selon la norme ASTM E112 -2013.
Sauf mention contraire, les caractéristiques mécaniques statiques, en d'autres termes la résistance à la rupture ultime Rm, la limite d'élasticité en traction Rpo,2 et l'allongement à la rupture A, sont déterminées par un essai de traction selon la norme EN 6892-1-2019, l'emplacement auquel les pièces sont prises et leur sens étant définis par la norme EN 485-1-2016.
Une courbe donnant le facteur d'intensité de contrainte effectif en fonction de l'extension de fissure effective, connue comme la courbe R, est déterminée selon la norme ASTM E 561-20. Le facteur d'intensité de contrainte critique KC, en d'autres termes le facteur d'intensité qui rend la fissure instable, est calculé à partir de la courbe R. Le facteur d'intensité de contrainte KCO est également calculé en attribuant la longueur de fissure initiale au commencement de la charge monotone, à la charge critique. Ces deux valeurs sont calculées pour une éprouvette de la forme requise. Kapp représente le facteur KCO correspondant à l'éprouvette qui a été utilisée pour effectuer l'essai de courbe R. Keff représente le facteur KC correspondant à l'éprouvette qui a été utilisée pour effectuer l'essai de courbe R. Aaeff_max représente l'extension de fissure du dernier point valide de la courbe R, valide selon la norme ASTM E561-20. Le dernier point valide est obtenu soit au moment de la rupture brutale de l'éprouvette, soit éventuellement au moment où la contrainte sur le ligament non fissuré excède en moyenne la limite d'élasticité du matériau. Sauf mention contraire, la taille de fissure à la fin du stade de pré-fissurage par fatigue est W/3 pour des éprouvettes du type M(T), dans laquelle W est la largeur de l'éprouvette telle que définie dans la norme ASTM E561-20.
Il faut remarquer que la largeur de l'éprouvette utilisée dans un essai de ténacité peut avoir une influence substantielle sur la courbe R mesurée dans l'essai. Les tôles de fuselage étant de grands panneaux, seuls les résultats de ténacité obtenus sur des échantillons suffisamment larges, tels que des échantillons ayant une largeur supérieure ou égale à 400 mm, sont jugés significatifs pour l'évaluation de la ténacité. Pour cette raison, seuls les échantillons d'essai CCT760, qui ont une largeur de 760 mm, ont été utilisés pour l'évaluation de la ténacité. La longueur de fissure initiale est 2ao = 253 mm.
Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258 s'appliquent. On appelle ici « élément de structure » ou « élément structural » d'une construction mécanique une pièce mécanique dont la défaillance est susceptible de mettre en danger la sécurité de ladite construction, de ses utilisateurs, de ses usagers ou d'autrui. Pour un avion, ces éléments de structure comprennent les éléments de structure de fuselage. Un élément de structure de fuselage comprend les éléments qui composent le fuselage tels que la peau de fuselage (fuselage skin en anglais), les raidisseurs ou lisses de fuselage (stringers), les cloisons étanches (bulkheads), les cadres de fuselage (circumferential frames).
Par « tôle » ou « tôle mince » utilisés indifféremment dans cette divulgation, on veut dire un produit laminé n'excédant pas 12,7 mm ou 0,5 pouce d'épaisseur. Les tôles selon l'invention ont une épaisseur comprise de 0,5 à 12,7 mm, préférentiellement de 0,5 mm à 9 mm, plus préférentiellement de 1,5 mm à 6 mm.
Selon la présente invention, une classe sélectionnée d'alliages d'aluminium contenant des quantités spécifiques et critiques de cuivre, de lithium, de magnésium, de zinc, de manganèse mais ne contenant essentiellement pas d'argent permet de préparer des tôles minces présentant un compromis amélioré entre ténacité et résistance mécanique, et une valeur de Aaeff_max améliorée correspondant à l'extension de fissure du dernier point valide de la courbe R.
De préférence, la tôle mince d'épaisseur inférieure à 12.7 mm, de structure granulaire essentiellement recristallisée en alliage à base d'aluminium comprenant en % en poids, 2,5 à 3,5 % de Cu, 0,7 à 0,9 % de Li, 0,3 à 0,5 % de Mg, 0,2 à 0,5 % de Mn, 0,25 à 0,65 % de Zn, 0,01 à 0,15 % de Ti, 0 à 0,07 % d'Ag, une quantité de Fe et de Si inférieure ou égale à 0,1 % chacun, et des impuretés inévitables à une teneur inférieure ou égale à 0,05% chacune et 0,15% au total, reste aluminium est à l'état métallurgique T8. Cela signifie que la tôle mince a subi une mise en solution, une déformation à froid et un revenu.
La teneur en cuivre est de 2,5 à 3,5 % en poids. Si la teneur en cuivre est supérieure à 3,5% en poids, il n'est pas possible d'obtenir une ténacité suffisante. Préférentiellement, la teneur en cuivre est au plus de 3,4%, 3,3%, 3,2% ou 3,1%. Si la teneur en cuivre est inférieure à 2,5 % est trop faible. De préférence la teneur en cuivre est au moins de 2,7% ou même au moins de 2,8% en poids afin d'obtenir une résistance mécanique suffisante. Dans une réalisation avantageuse de l'invention, la teneur en cuivre est de 2,8 à 3,1 % en poids.
La teneur en lithium est de 0,7% à 0,9% en poids. Dans une réalisation avantageuse de l'invention, la teneur en lithium est de 0,7% à 0,8%, préférentiellement de 0,70 à 0,80%. L'addition de lithium peut contribuer à l'augmentation de la résistance mécanique et de la ténacité, une teneur trop élevée ou trop faible ne permet pas d'obtenir une valeur élevée de ténacité et/ou une limite d'élasticité suffisante.
La teneur en magnésium est de 0,3% à 0,5% en poids. Dans une réalisation avantageuse de l'invention, la teneur en magnésium est de 0,30 % à 0,45% en poids, préférentiellement de 0,35% à 0,45% en poids.
La teneur en manganèse est de 0,2 à 0,5 % en poids et de préférence de 0,20% à 0,45% en poids, et de manière encore plus préférée de 0,25% à 0,45% en poids. Dans un mode de réalisation de l'invention la teneur en manganèse est au plus de 0,45 % en poids. L'addition de manganèse dans la quantité revendiquée permet de contrôler la structure granulaire essentiellement recristallisée à mi- épaisseur tout en maintenant une structure homogène à travers l'épaisseur.
La teneur en argent est inférieure ou égale 0,07% en poids, préférentiellement inférieure ou égale à 0,05% en poids, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,04% en poids, voire 0,03% en poids.
La teneur en zinc est de 0,25 à 0,65% en poids, de manière préférée de 0,45% à 0,65% en poids. Selon la présente invention, il a été observé que la présence de zinc dans les teneurs comprises entre 0,25% et 0,65% combinée à une teneur en argent inférieure ou égale à 0,07% en poids, préférentiellement inférieure ou égale à 0,04% voire 0,03% permet d'obtenir une limite d'élasticité en traction plus importante près du pic de revenu.
La teneur en titane est de 0,01% à 0,15% en poids. Avantageusement la teneur en titane est au moins 0,02 % en poids et de manière préférée au moins 0,03 % en poids. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention la teneur en titane est au plus de 0,1 % en poids et de préférence au plus de 0,05 % en poids. L'addition de titane contribue à contrôler la structure granulaire, notamment lors de la coulée.
Les teneurs en fer et en silicium sont chacune au plus de 0,1 % en poids. Dans une réalisation avantageuse de l'invention les teneurs en fer et en silicium sont au plus de 0,08 % et préférentiellement au plus de 0,04 % en poids. Une teneur en fer et en silicium contrôlée et limitée contribue à l'amélioration du compromis entre résistance mécanique et tolérance aux dommages.
Les impuretés inévitables sont maintenues à une teneur inférieure ou égale à 0,05% en poids chacune et 0,15% en poids au total. Le reste correspond à l'aluminium.
La composition de l'alliage est sensiblement exempte de zirconium. Par «sensiblement exempt de zirconium », il faut comprendre que le zirconium n'est pas un élément d'addition ajouté intentionnellement. Il peut cependant être présent à titre d'impuretés à une teneur en zirconium inférieure ou égale à 0,05% en poids, de préférence inférieure ou égale à 0,04 % en poids, de manière encore plus préférée inférieure ou égale à 0,03 % en poids, voire inférieure ou égale à 0,01 % en poids.
Les tôles minces selon l'invention présentent à l'état T8 :
- une ténacité en contrainte plane Kapp mesurée dans la direction L-T et dans la direction T-L d'au moins 120 MPaVm et préférentiellement d'au moins 125 MPaVm, encore plus préférentiellement 130 MPaVm, valeurs mesurées sur des éprouvettes de type CCT760 avec un pré-fissuration 2ao égale à 253 mm.
- une limite d'élasticité en traction RPO,2 mesurée dans les directions L et TL d'au moins 380 MPa et de préférence d'au moins 385 MPa,
- une valeur de Aaeff_max valide mesurée dans les direction L-T et T-L d'au moins 80 mm, préférentiellement 90 mm, encore plus préférentiellement 100 mm, valeurs mesurées sur des éprouvettes de type CCT760 avec une pré-fissuration
2ao égale à 253 mm.
Le procédé de fabrication des tôles selon l'invention comprend des étapes d'élaboration, coulée, laminage, mise en solution, trempe, traction contrôlée et revenu.
Dans une première étape, on élabore un bain de métal liquide de façon à obtenir un alliage d'aluminium de composition selon l'invention. Le bain de métal liquide est ensuite coulé sous une forme de plaque de laminage.
La plaque de laminage est ensuite homogénéisée à une température comprise entre 480°C et 535° et de préférence entre 490 °C et 530°C et de manière préférée entre 500 °C et 520 °C. La durée d'homogénéisation est de préférence comprise entre 5 et 60 heures. Dans le cadre de l'invention, une température d'homogénéisation trop basse ou l'absence d'homogénéisation ne permet pas d'atteindre des propriétés améliorées et isotropes par rapport à celles des produits connus, en particulier en termes de résistance mécanique dans les directions L et TL et de ténacité pour les directions L-T et T-L, et ce sur l'ensemble de cette gamme d'épaisseur.
Après homogénéisation, la plaque de laminage est en général refroidie jusqu'à température ambiante avant d'être préchauffée en vue d'être déformée à chaud. Le préchauffage a pour objectif d'atteindre une température de préférence comprise entre 400 et 500 °C permettant la déformation par laminage à chaud.
Le laminage à chaud et optionnellement à froid est effectué de manière à obtenir une tôle d'épaisseur inférieure à 12,7 mm, de préférence comprise entre 0,5 à 9 mm.
Avantageusement, lors du laminage à chaud, on maintient une température supérieure à 400°C, de préférence supérieure à 450 °C jusqu'à l'épaisseur 20 mm. Des traitements thermiques intermédiaires pendant le laminage et/ou après le laminage peuvent être effectués dans certains cas. Cependant de manière préférée, le procédé ne comprend pas de traitement thermique intermédiaire pendant le laminage et/ou après le laminage.
La tôle ainsi obtenue est ensuite mise en solution par traitement thermique entre 450 et 535 °C, de préférence entre 490 °C et 530°C et de manière préférée entre 500 °C et 520 °C, de préférence pendant 5 min à 2 heures, puis trempée. Avantageusement la durée de mise en solution est au plus de 1 heure de façon à minimiser l'oxydation de surface. Il est connu de l'homme du métier que les conditions précises de mise en solution doivent être choisies en fonction de l'épaisseur et de la composition de façon à mettre en solution solide les éléments durcissants.
La tôle subit ensuite une déformation à froid par traction contrôlée avec une déformation permanente de 0,5 à 5 % et préférentiellement de 1 à 3 %. Des étapes connues telles que le laminage, le planage, le défripage, le redressage la mise en forme peuvent être optionnellement réalisées après mise en solution et trempe et avant ou après la traction contrôlée, cependant la déformation à froid totale après mise en solution et trempe doit rester inférieure à 15% et de préférence inférieure à 10%.
Un revenu est réalisé comprenant un chauffage à une température comprise entre 130 et 170°C et de préférence entre 150 et 160°C pendant 5 à 100 heures et de préférence de 10 à 40 heures.
Avantageusement, le traitement de revenu est réalisé de façon à obtenir une durée équivalente tleq à 150°C comprise de lOh à 80h, préférentiellement de 40h à 75h, encore plus préférentiellement de 55 h à 75 h.
150°
La durée équivalente tleq est calculée à la température de 150°C selon la formule
[Math 1]
Figure imgf000012_0001
Où T°c(t) (en °C) est la température instantanée de la tôle qui évolue avec le temps
(en secondes). Le calcul est réalisé sur l'intervalle de temps (en seconde) correspondant à la durée de traitement de revenu.
L'état métallurgique de la tôle mince à l'issue du revenu est préférentiellement un état T8.
Dans un autre mode de réalisation, il est possible après l'étape de déformation à froid par traction contrôlée de réaliser un traitement court selon la divulgation de EP2766503 afin d'améliorer l'aptitude à la mise en forme du produit. Après déformation, la tôle subit un revenu final T8.
L'utilisation de tôles minces selon l'invention ou obtenues selon le procédé de l'invention est avantageuse dans des éléments de structure de fuselage ou dans les applications aérospatiales telles que la fabrication de fusées.
Exemples Exemple 1
Un alliage D, dont la composition en % en poids est donnée dans le Tableau 1, a été coulé sous forme de plaques. La composition D correspond à une composition selon l'invention.
[Tableau 1]
Figure imgf000013_0001
Deux plaques ont été homogénéisées à 508°C pendant 12h., puis réchauffées avant laminage à chaud à 505°C pendant environ 28h afin d'obtenir deux tôles minces d'épaisseur respective 4,2 mm et 2,5 mm. Les tôles ont ensuite subi une mise en solution à 505°, un détensionnement par traction de 2% et un revenu de 40 h à 155°C (temps équivalent de 63h à 150°C).
Les paramètres de transformations sont indiqués dans le Tableau 2 ci-dessous :
[Tableau 2]
Figure imgf000013_0002
La structure granulaire des échantillons à mi-épaisseur a été caractérisée à partir de l'observation microscopique de coupes métallographiques dans le sens L-TC après oxydation anodique sous lumière polarisée. La structure granulaire des tôles est essentiellement recristallisée à mi-épaisseur.
Les échantillons ont été testés mécaniquement afin de déterminer leurs propriétés mécaniques statiques (Tableau 3) ainsi que leur ténacité (Tableau 4 et 5). Les caractéristiques de ténacité ont été mesurées en pleine épaisseur et après surfaçage de telle sorte à avoir des éprouvettes de 1,2 mm, le surfaçage ayant été réalisé sur une seule face ; les éprouvettes ont une largeur de 760 mm. Le Tableau 5 divulgue Aaeff_max pour chacun des cas. Aaeff_max représente l'extension de fissure du dernier point de la courbe R, valide selon la norme ASTM E561-20. Le dernier point est obtenu soit au moment de la rupture brutale de l'éprouvette, soit éventuellement au moment où la contrainte sur le ligament non fissuré excède en moyenne la limite d'élasticité du matériau. La valeur de la limite d'élasticité en traction du matériau Rpo,2 est indiquée dans le Tableau 4 ; elle est mesurée après l'essai de courbe R, sur une zone, non déformée de l'éprouvette de ténacité CT760 située au-dessus de la fissure initiale.
[Tableau 3]
Figure imgf000014_0001
[Tableau 4]
Figure imgf000014_0002
[Tableau 5]
Figure imgf000014_0003
Exemple 2
Les alliages A, B, C, D ont été coulés sous forme de plaques. Leur composition en % en poids est indiquée dans le Tableau 6. Les alliages A, B, C présentent des compositions hors invention. Ils sont représentatifs de la divulgation de W02016/051099.
[Tableau 6]
Figure imgf000015_0001
» Ti visé 0,03% poids et Si, Fe visés <0,05% poids.
Ces plaques ont été homogénéisées, laminées à chaud, mises en solution, puis tractionnées pour obtenir des tôles minces A#l, B#l, C#l, D#1 d'épaisseur 4,2 mm. Les conditions de transformations sont indiquées dans le Tableau 7. Toutes les tôles présentent une structure essentiellement recristallisée à mi-épaisseur.
[Tableau 7]
Figure imgf000015_0002
Une cinétique de revenu a été réalisée à 155°C sur chacune des tôles (Tableau 8). La Figure 1 montre l'évolution de la limite d'élasticité en traction Rp0,2 dans le sens TL en fonction de la durée de revenu (en heures) à 155°C.
[Tableau 8]
Figure imgf000015_0003
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0002
On constate que la tôle D#1 atteint une limite d'élasticité Rpo,2 plus élevée que les autres tôles A#l, B#l, C#l. Sa cinétique de durcissement est plus rapide au début de la cinétique de revenu.
Exemple 3
Les alliages A, E, F ont été coulés sous forme de plaques. Leur composition en % en poids est indiquée dans le Tableau 9. Les alliages A, E, F présentent des compositions hors invention. L'alliage A est représentatif de la divulgation de W02016/051099.
[Tableau 9]
Figure imgf000016_0003
» Ti visé 0,03% poids et Si, Fe visés <0,05% poids. Ces plaques ont été homogénéisées, laminées à chaud, mises en solution, puis tractionnées pour obtenir des tôles minces d'épaisseur 4 mm, 4,2 mm, 2mm ou 2,5 mm en fonction des cas. Les conditions de transformations sont indiquées dans le Tableau 10. Les tôles ont subi un revenu permettant d'avoir un état proche du pic de revenu.
[Tableau 10]
Figure imgf000017_0001
Toutes les tôles présentent une structure essentiellement recristallisée à mi- épaisseur. Comme pour l'exemple 1, les tôles ont été caractérisées de telle sorte à mesurer la ténacité (Tableau 11) et les valeurs de Aaeff_max valide sur des éprouvettes
CCT760.
[Tableau 11]
Figure imgf000017_0002
La figure 2 montre que l'alliage D selon l'invention présente un meilleur compromis Rp0.2 - ténacité que l'alliage E ou F.
La Figure 3 montre que l'alliage D selon l'invention présente un meilleur compromis Rpo.2 - Aaeff_ max que les alliages A, E et F.

Claims

REVENDICATIONS
1. Tôle mince d'épaisseur inférieure à 12,7 mm de structure granulaire essentiellement recristallisée en alliage à base d'aluminium comprenant en % en poids, 2,5 à 3,5 % de Cu,
0,7 à 0,9 % de Li,
0,3 à 0,5 % de Mg,
0,2 à 0,5 % de Mn,
0,25 à 0,65 % de Zn,
0,01 à 0,15 % de Ti,
0 à 0,07 % d'Ag, une quantité de Fe et de Si inférieure ou égale à 0,1 % chacun, et des impuretés inévitables à une teneur inférieure ou égale à 0,05% chacune et 0,15% au total, reste aluminium.
2. Tôle mince selon la revendication 1 dont la teneur en argent Ag est inférieure ou égale à 0,05 % en poids, préférentiellement inférieure ou égale à 0,04% en poids, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,03 % en poids.
3. Tôle mince selon la revendication 1 ou 2 dont la teneur en magnésium Mg est comprise de 0,30% à 0,45% en poids.
4. Tôle mince selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dont la teneur en lithium Li est comprise de 0,7 % à 0,8% en poids, préférentiellement de 0,70 à 0,80% en poids.
5. Tôle mince selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dont la teneur en cuivre Cu est comprise de 2,8 à 3,1 % en poids.
6. Tôle mince selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dont la teneur en manganèse Mn est comprise de 0,20 à 0,45% en poids et de préférence de 0,25 à 0,45 % en poids.
7. Tôle mince selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dont la teneur en zinc Zn est comprise de 0,45% à 0,65% en poids.
8. Tôle mince selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 présentant à l'état T8 :
- une ténacité en contrainte plane Kapp dans la direction L-T et dans la direction T-L, mesurée sur des éprouvettes de type CCT760 avec un pré-fissuration 2ao égale à 253 mm, d'au moins 120 MPaVm, préférentiellement d'au moins 125 MPaVm, encore plus préférentiellement 130 MPaVm,
- une limite d'élasticité en traction RPO,2 dans la direction L et dans la directionTL d'au moins 380 MPa, de préférence d'au moins 385 MPa,
- une valeur de Aaeff_max valide mesurée dans la direction L-T et dans la direction T-L sur des éprouvettes de type CCT760 avec un pré-fissuration 2ao égale à 253 mm, d'au moins 80 mm, préférentiellement 90mm, encore plus préférentiellement 100 mm.
9. Procédé de fabrication d'une tôle mince d'épaisseur inférieure à 12,7 mm, préférentiellement une épaisseur comprise de 0,5 à 9 mm dans lequel, successivement a) on élabore un bain de métal liquide de façon à obtenir un alliage d'aluminium comprenant en % en poids,
2,5 à 3,5 % de Cu,
0,7 à 0,9 % de Li,
0,3 à 0,5 % de Mg,
0,2 à 0,5 % de Mn,
0,25 à 0,65 % de Zn,
0,01 à 0,15 % de Ti,
0 à 0,07 % d'Ag, une quantité de Fe et de Si inférieure ou égale à 0,1 % chacun, et des impuretés inévitables à une teneur inférieure ou égale à 0,05% chacune et 0,15% au total, reste aluminium, b) on coule une plaque à partir dudit bain de métal liquide, c) on homogénéise ladite plaque à une température comprise de 480°C à 535°C; d) on lamine ladite plaque par laminage à chaud et optionnellement à froid en une tôle ayant une épaisseur inférieure à 12,7 mm, de préférence une épaisseur de 0,5 mm à 9 mm ; e) on met en solution à une température comprise de 450°C à 535°C et on trempe ladite tôle ; f) on fractionne de façon contrôlée ladite tôle avec une déformation permanente de 0,5 à 5 %, g) on effectue un revenu comprenant un chauffage à une température comprise de 130 à 170°C, de préférence de 150 à 160°C, pendant 5 à 100 heures, de préférence de 10 à 60 heures.
10. Procédé de fabrication d'une tôle mince selon la revendication 9 tel que le revenu réalisé à l'étape g) a une durée équivalente tleq°° comprise de lOh à 80h, préférentiellement de 40h à 75h, durée équivalente tleq°°calculée à la température de 150°C selon la formule
Figure imgf000020_0001
Où T°c(t) (en °C) est la température instantanée de la tôle qui évolue avec le temps t
(en secondes).
11. Utilisation d'une tôle selon l'une des revendications 1 à 8 ou obtenue selon l'une des revendications 9 à 10 pour des éléments de structure de fuselage.
PCT/FR2023/050105 2022-01-28 2023-01-26 Tole mince amelioree en alliage d'aluminium-cuivre-lithium Ceased WO2023144492A1 (fr)

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