FR2889852A1 - Alliage d'aluminium al-mg soudable et tres resistant, et produit en un tel alliage - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un alliage d'aluminium Al-Mg, qui présente une haute résistance mécanique et une excellente résistance à la corrosion et qui se prête bien au soudage. Cet alliage contient, en pourcentages pondéraux, 3,5 à 6,0 % de magnésium, 0,4 à 1,2 % de manganèse, moins de 0,5 % de fer, moins de 0,5 % de silicium, moins de 0,15 % de cuivre, moins de 0,5 % de zirconium, moins de 0,3 % de chrome, de 0,03 à 0,2 % de titane, moins de 0,5 % de scandium, moins de 1,7 % de zinc, moins de 0,5 % de lithium, et moins de 0,4 % d'argent, ainsi que, en option, un ou plusieurs des éléments formateurs de dispersoïdes suivants, chacun en une proportion inférieure à 0,5 % : erbium, yttrium, hafnium et vanadium, des éléments et impuretés accidentellement présents, chacun en une proportion inférieure à 0,05 %, pour une proportion totale inférieure à 0,15 %, et le complément à 100 % d'aluminium.L'invention concerne aussi des produits en un tel alliage d'aluminium, notamment des pièces d'avion, de navire ou de véhicule routier ou ferroviaire.
Description
Alliage d'aluminium Al-Mg soudable et très résistant, et produit en un tel
alliage
Cette invention concerne un alliage d'aluminium, en particulier un alliage d'aluminium et de magnésium (type Al-Mg, connu aussi sous le nom "alliage d'aluminium de la série 5xxx", donné par l'Aluminium Association) . Plus précisément, cette invention concerne un alliage d'aluminium hautement résistant et de faible densité, qui résiste très bien à la corrosion et se prête très bien au soudage. L'invention concerne aussi des produits faits de ce nouvel alliage, qui sont bien adaptés pour des applications dans les industries du transport, par exemple dans des moyens de transport aérien, des conteneurs et des véhicules routiers ou ferroviaires, ainsi que dans la construction navale et le bâtiment.
On peut faire de cet alliage divers produits, comme des tôles, des plaques minces, ou des produits extrudés, forgés ou mis en forme par fluage. On peut munir ou non l'alliage d'un revêtement, ou le doter d'un placage d'un autre alliage d'aluminium, pour en améliorer encore les caractéristiques, par exemple la résistance à la corrosion.
On a déjà employé, dans le passé, des alliages d'aluminium de types variés pour fabriquer divers produits destinés à l'industrie du bâtiment ou du transport, en particulier aux industries aéronautique et navale. Dans ces industries, concepteurs et fabricants cherchent constamment à améliorer les performances, la durée de vie et le rendement énergétique de leurs produits, ainsi qu'à réduire les coûts de fabrication, de fonctionnement et d'entretien.
L'une des voies qui s'offrent à ces concepteurs et fabricants pour atteindre leurs buts consiste à améliorer les caractéristiques pertinentes des alliages d'aluminium, de sorte qu'un produit fait d'un tel alliage puisse être mieux conçu et plus efficacement fabriqué, et offrir globale-ment de meilleures performances.
Dans un grand nombre des applications mentionnées ci-dessus, on exige des alliages qui soient dotés d'une résistance mécanique élevée, d'une faible masse volumique, d'une excellente résistance à la cor- rosion et d'une excellente aptitude au soudage, et qui présentent encore d'excellentes caractéristiques après soudage.
La présente invention concerne un alliage de type AA-5xxx qui offre une combinaison de caractéristiques améliorées pour ce qui est de la résistance mécanique, de la tolérance aux dommages, de la résistance à la corrosion et de l'aptitude au soudage.
Dans tout ce qui suit, sauf indication contraire, les désignations des alliages et des états de traitement thermique sont les désignations de l'Aluminum Association qui figurent dans les ouvrages "Aluminum Standards and Data" et "Registration Records" publiés par l'Aluminum Association en 2005.
Dans tout ce qui suit, les pourcentages d'éléments dans les compositions d'alliages sont tous des pourcentages pondéraux.
L'un des objectifs de cette invention est de proposer un alliage d'aluminium et de magnésium de la série AA-5xxx, doté d'une résistance mécanique élevée, d'une faible masse volumique et d'excellentes caractéristiques de résistance à la corrosion.
Un autre objectif de cette invention est de proposer un alliage d'aluminium et de magnésium qui se prête bien au soudage.
Un autre objectif de cette invention est de proposer un alliage d'aluminium et de magnésium qui présente une grande stabilité thermique et qui se prête bien à la fabrication de produits par des procédés de mise en forme de matières plastiques, tels que les procédés de mise en forme par calandrage ou de mise en forme par étirage, ainsi qu'au procédé de mise en forme par fluage (creep-forming).
Ces objectifs et d'autres, ainsi que d'autres avantages, peuvent être atteints ou dépassés grâce à la présente invention qui concerne un alliage d'aluminium comprenant les éléments suivants, en les proportions indiquées ci-dessous en pourcentages pondéraux: 3,5 à 6,0 % de magnésium, 0,4 à 1,2 % de manganèse, moins de 0,5 % de fer, moins de 0,5 % de silicium, moins de 0,15 % de cuivre, moins de 0,5 % de zirconium, moins de 0,3 % de chrome, de 0,03 à 0,2 % de titane, moins de 0,5 % de scandium, moins de 1,7 % de zinc, moins de 0,5 % de lithium, moins de 0,4 % d'argent, en option, un ou plusieurs des éléments formateurs de dispersoïdes suivants, chacun en une proportion inférieure à 0,5 % : erbium, yttrium, hafnium et vanadium, des éléments et impuretés accidentellement présents, chacun en une proportion inférieure à 0,05 %, pour une proportion totale inférieure à 0,15 %, et le complément à 100 % d'aluminium.
Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, l'alliage d'aluminium est essentiellement constitué des éléments cités ci-dessus, en les proportions indiquées ci-dessus en pourcentages pondéraux.
Selon l'invention, on introduit du magnésium dans l'alliage afin de conférer à celui-ci une résistance mécanique de base. Si l'alliage contient de 3,5 à 6 % de magnésium, il peut acquérir une certaine résistance mécanique en durcissant par formation d'une solution solide ou par suite du travail subi. La proportion de magnésium vaut en particulier de 3,6 à 5,6 %, de préférence de 3,6 à 4,4 % et mieux encore de 3,8 à 4,3 %. Dans un autre mode préféré de réalisation, la proportion de magnésium vaut de 5,0 à 5,6 %.
Dans l'alliage de l'invention, le manganèse est un élément important en tant que formateur de dispersoïdes, et l'alliage peut en con-tenir de 0,4 à 1,2 %, en particulier de 0,6 à 1,0 % et mieux encore de 0,65 à 0,9 %.
Pour que soient prévenus les effets néfastes du chrome et du titane, il est préférable que l'alliage ne contienne que de 0,03 à 0,15 %, mieux encore de 0,03 à 0,12 % et surtout de 0,05 à 0,1 % de chacun de ces éléments.
L'alliage d'aluminium de l'invention est encore meilleur quand il contient à la fois du chrome et du titane, de préférence en quantités égales ou à peu près égales.
L'alliage d'aluminium de l'invention peut contenir au plus 0,5 % et en particulier au plus 0,2 % de zirconium, mais il en contient de préférence de 0,05 à 0,25 %, et mieux encore de 0,08 à 0,16 %.
Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, on ajoute du scandium à l'alliage, en une proportion de moins de 0,3 % et de préférence de 0,1 à 0,3 %. On obtient alors une amélioration plus poussée de certaines caractéristiques de l'alliage, et notamment de son aptitude au soudage.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on peut renforcer les effets de l'addition de scandium en ajoutant du zirconium et/ou du titane. Ces deux éléments peuvent se combiner au scandium pour former un dispersoïde qui diffuse moins que le dispersoïde de scandium seul et dont le réseau est moins mal assorti à celui de la matrice d'aluminium, ce qui fait que ses grains grossissent moins. L'addition de zirconium et/ou de titane offre en outre l'avantage que l'on a besoin de moins de scandium pour obtenir le même effet d'inhibition de la recristallisation.
On pense que dans un produit en alliage de l'invention, l'amélioration de ses caractéristiques, et en particulier sa forte résistance mécanique et sa bonne résistance à la corrosion, sont dues à l'addition conjointe d'au moins deux des éléments chrome, titane et zirconium à un alliage d'aluminium et de magnésium qui contient déjà une certaine quantité de manganèse.
Il est préférable d'ajouter conjointement à l'alliage du chrome et du zirconium, en une proportion totale de 0,06 à 0,25 %.
Dans un autre mode préféré de réalisation de l'alliage de l'inven-tion, on y ajoute conjointement du chrome et du titane, en une proportion totale de 0,06 à 0,22 %.
Dans encore un autre mode préféré de réalisation de l'alliage de l'invention, on y ajoute conjointement du zirconium et du titane, en une proportion totale de 0,06 à 0,25 %.
Dans encore un autre mode préféré de réalisation de l'alliage de l'invention, on y ajoute conjointement du chrome, du titane et du zirconium, en une proportion totale de 0,09 à 0,36 %.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on peut ajou- ter du zinc à l'alliage, en une proportion de 0 à 1,7 %, en particulier de 0 à 0, 9 %, de préférence de 0 à 0,65 %, mieux encore de 0,2 à 0,65 % et surtout de 0,35 à 0,6 %. Autrement, l'alliage peut ne pratiquement pas contenir de zinc, quand on n'y ajoute pas volontairement du zinc en quantité suffisante pour qu'il ait un effet, bien qu'il puisse alors s'en trouver à l'état de traces ou d'impureté dans l'alliage d'aluminium.
Dans un alliage de l'invention, il peut y avoir du fer, en une proportion d'au plus 0,5 %, de préférence d'au plus 0,25 % et mieux en-core d'au plus 0,14 %.
Dans un alliage de l'invention, il peut y avoir du silicium, en une proportion d'au plus 0,5 %, de préférence d'au plus 0,25 % et mieux encore d'au plus 0,12 %.
Dans le cadre de l'invention, le cuivre n'est pas un élément que l'on ajoute volontairement, mais c'est un élément modérément soluble. C'est ainsi qu'un alliage d'aluminium de l'invention peut contenir au plus 0,15 % et de préférence au plus 0,05 % de cuivre.
Certains éléments peuvent se trouver, en option, dans un alliage d'aluminium de l'invention. C'est ainsi qu'il peut y avoir au plus 0,5 % et de préférence au plus 0,2 % de vanadium, au plus 0,5 % de lithium, au plus 0,5 % de hafnium, au plus 0,5 % d'yttrium, au plus 0,5 % d'er- bium et au plus 0,4 % d'argent.
Dans un mode préféré de réalisation, un produit en alliage d'aluminium de l'invention est fait d'un alliage essentiellement constitué des éléments suivants, en les proportions indiquées ci-dessous en pourcentages pondéraux: 3,8 à 4,3 % de magnésium, 0,65 à 1,0 % de manganèse, moins de 0,5 % et de préférence 0,05 à 0,25 % de zirconium, moins de 0,3 % et de préférence 0,1 à 0,3 % de chrome, de 0,03 à 0,2 % et de préférence 0,05 à 0,1 % de titane, moins de 0,5 % et de préférence 0,1 à 0,3 % de scandium, .moins de 0,14 % de fer, moins de 0,12 % de silicium, des éléments et impuretés accidentellement présents, chacun en une proportion inférieure à 0,05 %, pour une proportion totale inférieure à 0,15 %, et le complément à 100 % d'aluminium.
Il est avantageux que cet alliage d'aluminium contienne en outre 0,2 à 0, 65 % de zinc.
Dans un autre mode préféré de réalisation, un produit en alliage d'aluminium de l'invention est fait d'un alliage essentiellement constitué des éléments suivants, en les proportions indiquées ci-dessous en pourcentages pondéraux 5,0 à 5,6 % de magnésium, 0,65 à 1,0 % de manganèse, moins de 0,5 % et de préférence 0,05 à 0,25 % de zirconium, moins de 0,3 % et de préférence 0,1 à 0,3 % de chrome, de 0,03 à 0,2 % et de préférence 0,05 à 0,1 % de titane, moins de 0,5 % et de préférence 0,1 à 0,3 % de scandium, moins de 0,14 % de fer, moins de 0,12 % de silicium, des éléments et impuretés accidentellement présents, chacun en une proportion inférieure à 0,05 %, pour une proportion totale inférieure à 0, 15 %, et le complément à 100 % d'aluminium.
Il est avantageux que cet alliage d'aluminium contienne en outre 0,2 à 0, 65 % de zinc.
Les conditions opératoires nécessaires pour obtenir les caractéristiques voulues dépendent des conditions choisies pour l'élaboration de l'alliage. Pour l'addition de manganèse à l'alliage, on réalise le traitement thermique préalable, avant laminage à chaud, à une température valant de préférence de 410 à 560 C, et mieux encore de 490 à 530 C. Mais dans cette gamme optimale de température, le chrome, le titane, le zirconium et le scandium assurent moins bien leurs fonctions, le chrome étant celui qui assure le moins mal la sienne. Pour obtenir du chrome, du titane et de zirconium leurs performances optimales, en particulier lorsqu'ils sont associés à du scandium, il est préférable de réaliser le traitement thermique préalable, avant laminage à chaud, à une température plus basse, qui vaut de préférence de 280 à 500 C, et mieux encore de 400 à 480 C.
Les caractéristiques d'un produit en alliage d'aluminium de l'invention sont très bien équilibrées pour un traitement permettant d'en faire une plaque, une tôle, un produit soudé ou un produit obtenu par déformation plastique, ou encore pour le forgeage ou l'extrusion. Les procédés faisant appel à une déformation plastique englobent, sans s'y limiter, des procédés comme la mise en forme par fluage, la mise en forme par étirage et la mise en forme par calandrage.
Les produits en alliage de l'invention sont dotés d'une haute ré-sistance mécanique, d'une faible densité, d'une bonne aptitude au soudage et d'une excellente résistance à la corrosion, et la combinaison de ces propriétés en fait des produits appropriés, en particulier sous forme de produits de laminage, tôles ou plaques, de produits de forgeage ou d'extrusion, de produits soudés ou de produits obtenus par déformation plastique, en tant que pièces d'avion, de navire ou de véhicule routier ou ferroviaire.
Dans encore un autre mode de réalisation, en particulier lorsque le produit en alliage d'aluminium est extrudé, il est préférable qu'il le soit en profilés épais d'au plus 150 mm à l'endroit où l'épaisseur de section transversale est maximale.
Sous forme extrudée, un produit en alliage de l'invention peut remplacer le matériau en plaques épaisses dont on fait d'habitude, par usinage ou laminage, des composants de structure façonnés. Dans ce mode de réalisation, il est préférable que le produit extrudé soit épais de 15 à 150 mm à l'endroit où l'épaisseur de section transversale est maximale.
L'excellent équilibre des propriétés des produits en alliage d'aluminium de l'invention vaut pour une large gamme d'épaisseurs. Dans la gamme de 0, 6 à 1,5 mm d'épaisseur, un produit en alliage d'aluminium de l'invention présente un intérêt particulier en tant que tôle de carosserie d'automobile. Dans la gamme allant jusqu'à 12,5 mm d'épaisseur, ses caractéristiques sont excellentes pour des tôles de fuselage. On peut aussi utiliser les produits de la gamme des faibles épaisseurs pour en faire des lisses, ou même des lisses intégrées à un panneau d'aile, à utiliser dans la structure d'une aile d'avion. Dans la gamme allant de 15 à 80 mm d'épaisseur, les caractéristiques d'un produit de l'invention sont excellentes pour la construction navale et pour des applications plus générales comme la construction de cuves à pression.
Les produits en alliage d'aluminium de l'invention peuvent aussi être employés en tant que plaques à usiner ou plaques de moules, par exemple dans des moules de fabrication de pièces moulées en matière plastique, par exemple par coulée ou par moulage par injection.
Les produits en alliage d'aluminium de l'invention sont particu-lièrement bien adaptés pour des applications où l'on requiert une bonne tolérance aux dommages, comme les pièces en aluminium tolérantes aux dommages pour applications aéronautiques, et plus particulièrement pour les lisses, cloisons de pressurisation, tôles de fuselage et panneaux d'aile inférieurs, ainsi que les plaques épaisses pour pièces usinées ou forgées et les plaques minces pour lisses.
Les produits en alliage de l'invention sont dotés d'une haute résistance mécanique, d'une faible densité, d'une excellente résistance à la corrosion et d'une bonne stabilité thermique à haute température, et la combinaison de ces propriétés en fait des produits particulièrement appropriés pour subir un traitement de mise en forme par fluage (creepforming) qui en fera des panneaux de fuselage ou d'autres composants préfaçonnables pour avion. On peut aussi avoir recours à d'autres pro-cédés de déformation plastique, comme les procédés de mise en forme par calandrage ou par étirage.
En fonction de ce qu'exige l'application envisagée, on peut faire subir à un produit en alliage de l'invention un recuit dans la gamme de 100 à 500 C, pour en faire un produit qui peut être par exemple dans un état adouci ou durci par écrouissage, ou dans une gamme de température appropriée pour une mise en forme par fluage.
Les produits en alliage d'aluminium de l'invention se prêtent très bien à l'assemblage avec tout produit voulu par toutes les techniques classiques d'assemblage, y compris, sans s'y limiter, le soudage par fusion, le soudage FSW ("Friction Stir Welding"), le rivetage et le collage par adhésif.
Exemples
On illustre l'invention à l'aide des exemples suivants.
Exemple 1
On élabore cinq alliages, à l'échelle du laboratoire, pour vérifier le principe de cette invention en ce qui concerne leurs caractéristiques mécaniques. Les compositions de ces alliages A à E sont données, en pourcentages pondéraux, dans le tableau 1-1. A l'échelle du laboratoire, on coule des lingots de ces alliages, que l'on commence par chauffer à une température de 425 à 450 C, à laquelle on les maintient pendant 1 heure. On lamine à chaud ces lingots, de manière à en réduire l'épaisseur de 80 à 8 mm, puis on les lamine à froid, et après un recuit intermédiaire, on réalise à froid un laminage final qui réduit de 40 % l'épaisseur des plaques et confère à celles-ci une épaisseur finale de 2 mm. On fait enfin subir à ces plaques un étirage à un taux de 1,5 %, puis un recuit de 2 heures à 325 C.
Tableau 1-1: Composition des alliages A à E Alliage Mg Mn Zr Sc Cr Ti A 4, 0 0,9 0,10 0,15 < 0,002 < 0,002 B * 4,0 0,9 0,10 0,15 < 0,002 0, 10 C * 4,0 0,9 0,10 0,15 0,10 0,10 D* 3,87 0,9 0,11 0,15 0,10 0,12 E 4,5 1,0 0,10 0,26 < 0,002 < 0,002 * Alliage de l'invention Tous les alliages contiennent en outre 0,06 % de fer et 0,04 % de silicium, le complément étant constitué par l'aluminium et les impuretés éventuelles.
Les propriétés mécaniques et physiques disponibles des alliages A à E sont données dans le tableau 1-2 où figurent également, pour comparaison, des valeurs caractéristiques pour les alliages AA2024-T3 et AA6013-T6. Les alliages B, C et D sont des alliages de l'invention, alors que les alliages A et E servent d'alliages de référence.
Tableau 1-2: Propriétés mécaniques et physiques Alliage LET (MPa) RRT (MPa) AR (%) MV (g/cm3) AA2024-T3 380 485 14 2,796 AA6013-T6 365 393 11 2, 768 A 346 420 10 B * 376 426 9,4 C* 393 439 7,66 2,655 D* 380 430 9 2, 645 E 310 385 12 * Alliage de l'invention Non mesurée LET: limite élastique en traction; RRT: résistance à la rupture en traction; 10 AR: allongement à la rupture; MV: masse volumique Propriétés mécaniques mesurées selon ASTM EM8, dans la direction L pour tous les échantillons Selon la présente invention, on ajoute du manganèse à l'alliage pour lui conférer des caractéristiques compétitives de résistance méca- nique. L'alliage de référence A, qui contient 0,9 % de manganèse, pré-sente une limite élastique en traction à peu près 12 % plus élevée que celle de l'alliage de référence E, qui ne contient que 0,1 % de manganèse. Cette limite élastique est encore améliorée dans les alliages de l'invention. L'alliage B, auquel on a délibérément ajouté 0,1 % de titane, présente une limite élastique en traction qui est à peu près 9 % plus élevée que celle de l'alliage de référence A, et à peu près 21 % plus élevée que celle de l'alliage de référence E. On peut parvenir à une valeur en-core meilleure de la limite élastique de l'alliage en y ajoutant conjointement du titane et du chrome, comme l'illustrent les alliages C et D. L'addition conjointe de chrome et de titane, en les proportions conformes à la présente invention, dans ces alliages C et D permet d'obtenir une augmentation de la limite élastique en traction, d'à peu près 14 % par rapport à celle de l'alliage de référence A, et d'à peu près 27 % par rapport à celle de l'alliage de référence E. Ces alliages C et D présentent non seulement des valeurs de limite élastique meilleures, mais aussi des valeurs de masse volumique plus faibles que les valeurs correspondantes des alliages bien connus AA2024 et AA6013.
On a en outre soumis les alliages A, C et E à des essais de corrosion, pour vérifier le principe de cette invention en ce qui concerne la résistance à la corrosion. Les compositions de ces alliages, en pourcentages pondéraux, sont indiquées à nouveau dans le tableau 1-3.
Tableau 1-3: Composition des alliages A, C et E Alliage Mg Mn Zr Sc Cr Ti A 4,0 0,9 0,10 0,15 < 0,002 < 0,002 C* 4,0 0,9 0,10 0,15 0,10 0,10 E 4,5 1,0 0,10 0,26 < 0,002 < 0,002 * Alliage de l'invention Tous les alliages contiennent en outre 0,06 % de fer et 0,04 % de silicium, le complément étant constitué par l'aluminium et les impuretés éventuelles.
La composition chimique des alliages A et E fait sortir ceux-ci du cadre de l'invention, alors que celle de l'alliage C entre bien dans ce cadre.
On traite des lingots de ces trois alliages de la façon indiquée plus haut, excepté que le laminage final donne des plaques épaisses de 3 mm. On soude ensuite ces plaques et l'on évalue leur corrosion selon le test ASSET décrit dans la norme ASTM G66. Pour ces essais, on effectue les opérations de soudage au moyen d'un laser, avec une puissance de 4,5 kW et à la vitesse de 2 m/min, et en se servant d'un fil d'apport ER 5556.
Les résultats des essais de corrosion, concernant aussi bien les zones de soudure que le métal de base des plaques d'alliage, sont présentés dans le tableau 1-4.
Tableau 1-4: Essais de corrosion des alliages A, C et E Non Sensibilisé 7. 'oursà120 C sensibilisé 7jours à100 C Sensibilisé Alliage JS ZAC MB JS ZAC MB JS ZAC MB
A N N N N N N N E-D PB-A
C* N N N N N N N N PB-A
E N PB-B PB-B N PB-B PB-C N PB-B PB-C
* Alliage de l'invention JS: joint de soudure; ZAC; zone affectée par la chaleur; MB: métal de base N: pas de piqûres; PB-A: piqûres en petit nombre; PB-B: piqûres en nombre modéré ; PB-C: piqûres en grand nombre ED: exfoliation très importante Comme on peut le voir sur le tableau 1-4, l'alliage C, qui est un alliage de l'invention, se comporte mieux vis-àvis de la corrosion, au niveau des joints de soudure, des zones affectées par la chaleur et du métal de base, que les alliages A et E qui sont hors du cadre de l'invention.
Grâce à cette invention, on peut donc proposer des alliages d'aluminium à faible densité, dotés de bonnes propriétés mécaniques associées à une bonne résistance à la corrosion. Les alliages de l'inven-tion sont donc de bons candidats en tant que matériaux pour des applications dans les transports, et en particulier dans le transport aérien.
Exemple 2
A l'échelle du laboratoire, on coule des lingots d'alliages d'aluminium de série AA-5xxx, dont les compositions sont données, en pourcentages pondéraux, dans le tableau 2-1. On commence par chauffer les lingots, 1 heure à 410 C, puis 15 heures à 510 C. On lamine à chaud ces lingots, de manière à en réduire l'épaisseur de 80 à 8 mm, puis on les lamine à froid, et après un recuit intermédiaire, on réalise à froid un laminage final qui réduit de 40 % l'épaisseur des plaques et confère à celles-ci une épaisseur finale de 2 mm. On fait enfin subir à ces plaques un étirage à un taux de 1,5 %, puis un recuit de 30 minutes à 460 C.
Tableau 2-1: Composition des alliages A à F Alliage Mg Mn Zn Zr Cr Ti A 5, 3 0,58 0,61 0,10 < 0,01 < 0,01 B* 5,4 0,60 0,61 0,10 0,11 0,04 C* 5, 3 0,59 0,61 0,10 < 0,01 0,10 D* 5,3 0,61 0,62 0,10 0,11 0,11 E* 5,3 0, 57 0,61 < 0,01 0,10 0,10 F 5,3 0,60 0,60 < 0,01 0,10 < 0,01 * Alliage de l'invention Tous les alliages contiennent en outre 0,06 % de fer et 0,04 % de silicium, le complément étant constitué par l'aluminium et les impuretés éventuelles.
Les résultats des essais mécaniques auxquels ont été soumis ces alliages sont présentés dans le tableau 2-2.
Tableau 2-2: Propriétés mécaniques Alliage LET (MPa) RRT (MPa) AR (%) A 165 316 24 B* 169 329 23 C* 168 326 22 D* 187 340 22 E* 183 331 21 F 157 322 24 * Alliage de l'invention LET: limite élastique en traction; RRT: résistance à la rupture en traction; 10 AR: allongement à la rupture Propriétés mécaniques mesurées selon ASTM EM8, dans la direction L pour tous les échantillons D'après le tableau 2-2, l'alliage de référence A, dans lequel on a mis uniquement 0,1 % de zirconium, est à peu près 5 % plus résistant que l'alliage de référence F, dans lequel on a mis uniquement 0,1 % de chrome. Quand on compare aux performances des alliages A et F celles de l'alliage B, dans lequel on a mis 0,1 % de chrome et 0,1 % de zirconium ainsi que du titane en une proportion plus faible, on constate chez ce dernier une légère augmentation de la limite élastique, et il en est de même dans le cas de l'alliage C où l'on n'a mis que du zirconium et du titane et pas de chrome. Mais quand il y a, comme dans l'alliage E, du chrome associé à du titane, la limite élastique de l'alliage est accrue de 11 à 13 % par rapport à l'alliage A et de 17 à 19 % par rapport à l'alliage F. Et dans le cas où l'on a mis à la fois de ces trois éléments dans l'alliage, c'est-à-dire dans le cas de l'alliage D, on constate que la limite élastique est encore un peu plus élevée que celle de l'alliage E. On a fait subir aussi aux alliages du tableau 2-1 des essais de corrosion après sensibilisation (test ASSET décrit dans la norme ASTM G66), dont les résultats sont présentés dans le tableau 2-3.
Tableau 2-3: Essais de corrosion Alliage Métal de base, sensibilisé 7 jours à 100 C
A PB-A B* N
C* PB-A D* N
N
F N
* Alliage de l'invention N: pas de piqûres; PB-A: piqûres en petit nombre Comme l'indique le tableau 2-3, le choix des éléments mis dans l'alliage influence également le comportement de l'alliage vis-à-vis de la corrosion. Chez les alliages A et C où l'on n'a pas mis de chrome, on constate quelques piqûres après l'essai de corrosion. Mais chez les alliages B, D, E et F qui contiennent du chrome, on ne constate aucune attaque appréciable.
Exemple 3
Cet exemple concerne des alliages d'aluminium de série AA-5xxx, dont les compositions sont données, en pourcentages pondéraux, dans le tableau 3-1. Les alliages A à F ont des compositions semblables à celles des alliages A à F présentés dans l'exemple 2, mais ils ont subi un traitement différent. Dans le tableau 3-1 figure aussi leur teneur en scandium. A l'échelle du laboratoire, on coule des lingots des alliages présentés dans le tableau 3-1. On commence par chauffer les lingots, 1 heure à 450 C, puis on les lamine à chaud, à la température de ce pré-chauffage, de manière à en réduire l'épaisseur de 80 à 8 mm. On lamine ensuite à froid les plaques ainsi obtenues, et après un recuit intermédiaire, on réalise à froid un laminage final qui réduit de 40 % l'épaisseur des plaques et leur confère une épaisseur finale de 2 mm. On fait enfin subir à ces plaques un étirage à un taux de 1,5 %, puis un recuit de 2 heures à 325 C.
Tableau 3-1: Composition des alliages A à G Alliage Mg Mn Zn Zr Cr Ti Sc A 5,3 0,58 0,61 0,10 < 0,01 < 0,01 < 0,005 B* 5,4 0,60 0,61 0,10 0,11 0,04 < 0,005 C* 5,3 0,59 0,61 0,10 < 0,01 0,10 < 0,005 D* 5, 3 0,61 0,62 0,10 0,11 0,11 < 0,005 E* 5,3 0,57 0,61 < 0,01 0,10 0, 10 < 0,005 F 5,3 0,60 0,60 < 0,01 0,10 < 0,01 < 0,005 G* 5,2 0,91 0,60 0,10 0,10 0,11 0,15 * Alliage de l'invention Tous les alliages contiennent en outre 0,06 % de fer et 0,04 % de silicium, le complément étant constitué par l'aluminium et les impuretés éventuelles.
Tableau 3-2: Propriétés mécaniques Alliage LET (MPa) RRT (MPa) AR (%) A175 318 25 B * 220 344 22 C* 195 335 21 D* 275 373 16 E* 249 362 20 F 200 322 22 G* 390 461 9 * Alliage de l'invention LET: limite élastique en traction; RRT: résistance à la rupture en traction; AR: allongement à la rupture Propriétés mécaniques mesurées selon ASTM EM8, dans la direction L pour tous les échantillons Dans le tableau 3-2 sont indiquées les caractéristiques mécaniques des alliages A A G. Dans cet exemple, les alliages A et F servent d'alliages de référence.
D'après le tableau 3-2, la limite élastique de l'alliage de réfé-rence F, dans lequel on a mis 0,10 % de chrome, est à peu près 14 % plus élevée que celle de l'alliage de référence A, qui contient 0,10 % de zirconium. Ceci peut sembler en contradiction avec l'exemple 2, où l'on a vu que l'alliage A présente une limite élastique plus élevée que celle de l'alliage F. On pense que cette différence est liée à la tempéra- ture à laquelle on effectue le préchauffage avant le laminage à chaud, car il se forme, au cours de ce préchauffage, des dispersoïdes qui peu-vent affecter les caractéristiques mécaniques du produit final.
Quand on effectue le préchauffage à haute température, comme dans l'exemple 2, l'alliage A, qui contient uniquement 0,1 % de zirco- nium, se comporte un peu mieux que l'alliage F, qui contient unique-ment 0,1 % de chrome. Mais quand on réalise le préchauffage à température plus basse, l'alliage F qui contient du chrome donne de meilleurs résultats que l'alliage A qui contient uniquement du zirconium. Les données présentées dans le tableau 3-2 montrent aussi que, qu'on asso- cie au chrome du titane, dans l'alliage E, du ziconium, dans l'alliage B, ou à la fois du titane et du zirconium, dans l'alliage D, on constate que la résistance de ces alliages est notablement améliorée, par rapport aux alliages de référence A et F. Dans l'exemple 2, on avait déjà constaté cette augmentation de la résistance des alliages D et E par rapport aux alliages de référence A et F, mais les valeurs atteintes dans l'exemple 3 sont beaucoup plus élevées. Ceci résulte du fait qu'on a effectué le préchauffage, avant le laminage à chaud, à une température plus basse.
Mais c'est avec l'alliage G, qui contient des quatre principaux éléments formateurs de dispersoïdes, à savoir du manganèse, du chro- me, du titane et du zirconium, et où l'on a rajouté du scandium que l'on atteint les valeurs de résistance mécanique les plus élevées. C'est ainsi qu'on obtient une limite élastique de 390 MPa, qui dépasse ce qu'on obtient pour n'importe lequel des autres alliages mentionnés dans les exemples 2 et 3.
On a pleinement décrit l'invention dans ce qui précède, mais l'homme du métier reconnaîtra que l'on peut y apporter de nombreuses modifications et variantes sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (19)
1. Alliage d'aluminium caractérisé en ce qu'il comprend les éléments suivants, en les proportions indiquées ci-dessous en pourcenta-ges pondéraux: 3,5 à 6,0 % de magnésium, 0,4 à 1,2 % de manganèse, moins de 0, 5 % de fer, moins de 0,5 % de silicium, moins de 0,15 % de cuivre, moins de 0,5 % de zirconium, moins de 0,3 % de chrome, de 0,03 à 0,2 % de titane, moins de 0,5 % de scandium, moins de 1,7 % de zinc, moins de 0,5 % de lithium, moins de 0,4 % d'argent, en option, un ou plusieurs des éléments formateurs de dispersoïdes suivants, chacun en une proportion inférieure à 0,5 % : erbium, yttrium, hafnium et vanadium, des éléments et impuretés accidentellement présents, chacun en une proportion inférieure à 0,05 %, pour une proportion totale inférieure à 0,15 %, et le complément à 100 % d'aluminium.
2. Alliage d'aluminium conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient de 0,03 à 0,12 % en poids de titane, et de préférence, de 0,05 à 0,1 % en poids de titane.
3. Alliage d'aluminium conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient de 0,03 à 0,12 % en poids de chrome, et de préférence, de 0,05 à 0,1 % en poids de chrome.
4. Alliage d'aluminium conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient de 0,05 à 0,25 % en poids de zirconium.
5. Alliage d'aluminium conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient de 0,6 à 1,0 % en poids de manganèse, et de préférence, de 0,65 à 0,9 % en poids de manganèse.
6. Alliage d'aluminium conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient, au total, de 0,06 à 0,25 % en poids de chrome et de zirconium.
7. Alliage d'aluminium conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient, au total, de 0,06 à 0,22 % en poids de chrome et de titane.
8. Alliage d'aluminium conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient, au total, de 0,06 à 0,25 % en poids de titane et de zirconium.
9. Alliage d'aluminium conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient, au total, de 0,09 à 0,36 % en poids de chrome, de titane et de zirconium.
10. Alliage d'aluminium conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient de 0 à 0,3 % en poids de scandium, et de préférence, de 0,1 à 0,3 % en poids de scandium.
11. Alliage d'aluminium conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient de 0 à 0,9 % en poids de zinc, de préférence, de 0 à 0,65 % en poids de zinc, mieux encore, de 0,2 à 0,65 % en poids de zinc, et surtout de 0,35 à 0,6 % en poids de zinc.
12. Alliage d'aluminium conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient de 3,6 à 5,6 % en poids de magnésium, de préférence, de 3,6 à 4,4 % en poids de magnésium, et mieux encore, de 3,8 à 4,3 % en poids de magnésium.
13. Alliage d'aluminium conforme à l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il contient de 5,0 à 5,6 % en poids de magnésium.
14. Produit en un alliage d'aluminium conforme à l'une des revendications précédentes, lequel produit se présente comme un produit de laminage, une tôle, une plaque, un produit de forgeage, un produit extrudé, un produit soudé ou un produit obtenu par déformation plastique.
15. Produit en un alliage d'aluminium conforme à l'une des revendications 1 à 13, lequel produit se présente comme une tôle, une plaque, un produit de forgeage, un produit extrudé, un produit soudé ou un produit obtenu par déformation plastique, constituant une pièce d'avion, de navire ou de véhicule routier ou ferroviaire.
16. Produit en un alliage d'aluminium conforme à l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il présente une épaisseur de 15 à 150 mm à l'endroit où l'épaisseur de section transversale est maxi-male.
17. Produit en alliage d'aluminium, conforme à la revendication 16, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un produit extrudé.
18. Produit en un alliage d'aluminium conforme à l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il s'agit d'une plaque dont l'épaisseur vaut de 0,6 à 80 mm.
19. Produit en un alliage d'aluminium conforme à l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il s'git d'un tôle de fuselage, d'une plaque épaisse pour pièces usinées ou forgées, ou d'une plaque mince pour lisses.
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