Procédé d'obtention de produits en alliages al-li-mg-cu à ductilité et isotropie élevées

Abstract

 L'invention concerne un procédé d'obtention de produits en alliage à base d'Al contenant essentiellement Li, Mg, Cu comme éléments d'alliage principaux et possédant une ductilité et une isotropie élevées.
Ce procédé consiste à appliquer au produit homogénéisé une transformation à chaud «à tiède» entre 100 et 420° C.
Les recuits intermédiaires, si nécessaire, sont effectués dans le domaine 200-550° C. La vitesse de refroidissement après ces recuits intermédiaires est généralement tenue entre 1500° C/s et 30° C/h.
L'isotropie et la ductilité des produits ainsi obtenus (1, 2) sont considérablement améliorées par rapport aux procédés de l'art antérieur (E, F).

Description

[0001] L'invention concerne un procédé d'obtention de produits en alliages à base d'Al contenant essentiellement Li, Mg et Cu comme éléments d'alliages principaux et possédant une ductilité et une isotropie élevées.

[0002] Les gammes de fabrication classique qui comportent notamment une homogénéisation des produits initiaux obtenus soit par coulée ou soit par métallurgie des poudres, scalpage éventuel, transformation à chaud, transformation à froid avec un ou plusieurs recuits intermédiaires si nécessaire, mise en solution et revenu, avec un éventuel écrouissage de détentionnement entre ces deux dernières opérations, conduisent, sur les alliages de la famille Al-Li-Mg-Cu, à des caractéristiques mécaniques de traction (charge de rupture Rm, limite élastique Rp 0,2 et ductilité A %) variant de façon très importante en fonction de la direction de prélèvement par rapport à la direction principale de transformation à chaud et à froid (sens long) des produits.

[0003] Ceci est particulièrement vrai pour les produits plats tels que les plaques, les largets, les bandes ou les tôles. Il en résulte des inconvénients bien connus lors de la mise en forme ultérieure, par exemple, lors de l'emboutissage d'une tôle (formation de cornes, ruptures locales, etc...) ou lors de l'utilisation finale.

[0004] La méthode selon l'invention permet d'améliorer considérablement l'isotropie des caractéristiques mécaniques des produits en alliage type Al-Li-Mg-Cu, tout en améliorant également leur ductilité.

[0005] Elle consiste à imposer à un produit homogénéisé une transformation à chaud à une température inférieure à 420° C, en général comprise entre 100 et 400° C et de préférence entre 300 et 350° C jusqu'aux dimensions finales désirées ou jusqu'à des dimensions intermédiaires. Lorsque les dimensions finales sont directement atteintes, cette transformation "à tiède" est suivie des traitements classiques de mise en solution (en général entre 500° et 550° C suivant l'alliage) et des traitements thermomécaniques de durcissement structural.

[0006] Le produit intermédiaire est généralement amené aux dimensions finales par transformation à froid, en pratiquant un ou plusieurs recuits intermédiaires, si cela est nécessaire. Ceux-ci peuvent être pratiqués juste avant la transformation à froid et/ou au cours de celle-ci. Dans ce cas, au moins un de ces recuits est effectué dans un domaine de température compris entre 200 et 550° C. Les temps de maintien sont de l'ordre de quelques minutes à plusieurs heures, les durées les plus courtes étant généralement associées aux températures les plus élevées.

[0007] Il a été remarqué que la vitesse de refroidissement après ce (ou ces) recuit(s) intermédiaire(s) est un paramètre important du procédé et doit, de préférence, être comprise entre 1500° C/sec et 30° C/heure. Les vitesses supérieures à 1500° C/ sec sont difficiles à atteindre industriellement, sauf sur produit de très faible épaisseur, et les vitesses inférieures à 30° C/heure n'apportent pas d'amélioration sensible à l'isotropie.

[0008] Le (ou les) recuit(s) intermédiaire(s) peut être conduit, comme cela est connu, soit dans des fours à bain de sel (nitrite-nitrate,nitrate-nitrate), soit dans des fours à air ventilé statiques, ou dans des fours à passage.

[0009] Après transformation à froid, les produits subissent les traitements habituels de mise en solution, trempe et traitement thermomécaniques de durcissement structural, le mise en solution constituant ipso facto le recuit final.

[0010] L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants, relatifs à des tôles,étant entendu que celle-ci est applicable à d'autres formes de produits corroyés tels que des produits forgés, matricés ou filés.

[0011] Les figures 1 et 2 représentent en coordonnées polaires les variations des caractéristiques mécaniques de traction obtenues sur des tôles suivant le sens de prélèvement selon des gammes classiques (repères A à F) ou selon l'invention (repères 1 et 2).

EXEMPLE 1

[0012] Un alliage contenant (en poids) 2,76 % Li - 1,32 % Cu - 1,04 % Mg - 0,11 % Zr - 0,02 % Fe - 0,02 % Si, reste Al, a été coulé sous forme d'une plaque de 300 x 100 mm, homogénéisée à 533° C, 24 heures, scalpée et laminée à chaud à 470° C - 420° C jusqu'à 5 mm d'épaisseur.

[0013] A partir de cette ébauche, les transformations à chaud et à froid jusqu'à 1,6 mm d'épaisseur ont été pratiquées dans les conditions reportées au Tableau I, conformément à une gamme classique, le laminage à chaud (LAC) ayant eu lieu entre 470 et 420° C environ, et le laminage à froid (LAF) à la température ambiante.

[0014] Ces tôles ont subi ensuite une mise en solution à 533° C pendant 30 minutes (four ventilé),une trempe à l'eau froide, une traction contrôlée de 3,5 %,puis un revenu de 24 heures à 190° C.

[0015] Des éprouvettes de traction ont été prélevées dans les directions 0° (sens long L), 30°, 60° et 90° (sens travers long TL) par rapport à la direction de laminage.

.Gamme 1

[0016] 

Recuit en bain de sel 533°C - 7 mn

Trempe : eau froide

Laminage : à froid jusqu'à 1,6 mm

Mise en solution : 30' à 533° C en bain de sel

Trempe : eau froide

Traction : contrôlée 3,5 %

Revenu : 24 h à 190° C

.Gamme 2

[0017] 

Recuit en four à air 533° C - 7 mn

Refroidissement : lent (25°C/heure)

Laminage : à froid jusqu'à 1,6 mm

Mise en solution : 30' à 533° C en bain de sel

Trempe : eau froide

Traction contrôlée : 3,5 %

Revenu : 24 h à 190° C

.Gamme 3

[0018] 

Recuit en four à air 350° C - 1 h 30

Refroidissement lent (25°C/heure)

Laminage : à froid jusqu'à 1,6 mm

Mise en solution : 30' à 533° C en bain de sel

Trempe : eau froide

Traction : contrôlée 3,5 %

Revenu : 24 h à 190° C

[0019] Les éprouvettes de traction ont été prélevées dans les mêmes conditions que ci-dessus.

[0020] Les résultats obtenus sont reportés au Tableau II et représentés graphiquement sur les figures 1 et 2.

EXEMPLE 2

[0021] Un alliage contenant (% en poids) 2,10 % Li - 2,38 % Cu - 1,30 % Mg - 0,11 % Zr - 0,02 % Fe - 0,02 % Si, reste Al, a été coulé en plaque (300 x 100 mm), homogénéisée à 526° C pendant 24 heures, laminée entre 350 et 300° C jusqu'à 3,2 mm d'épaisseur, recuite à 350° C pendant 1 h 30 en four à air, refroidissement lent (20°C/heure), laminée à froid jusqu'à 1,6 mm d'épaisseur, mise en solution à 526° C pendant 30 minutes, trempée à l'eau froide, tractionnée de 2 % et revenue 20 heures à 190° C.

[0022] Les résultats d'essais de traction obtenus dans différentes directions sont reportés au Tableau III.

EXEMPLE 3

[0023] Un alliage contenant (% en poids) 2,7 % Li - 1,6 % Cu - 1,0 % Mg - 0,11% Zr-0,04 % Fe - 0,03 % Si, reste Al, a été coulé et transformé conformément aux conditions relatives à l'exemple 2, sauf en ce qui concerne la traction contrôlée après trempe portée à 5 %.

[0024] Les résultats de traction obtenus sont reportés dans le Tableau IV.

[0025] Les exemples suivant l'invention montrent clairement que la gamme appliquée conduit à des produits hautement isotropes dont l'allongement est généralement supérieur à 7 %.

Revendications

1 - Procédé d'obtention de produits en alliages à base d'Al contenant essentiellement Li, Mg et Cu comme éléments d'alliage principaux comprenant l'élaboration, une homogénéisation, une transformation à chaud, éventuellement une transformation à froid avec des recuits intermédiaires si nécessaire, une mise en solution, une trempe, une déformation à froid contrôlée éventuelle et un revenu, caractérisé en ce que la transformation à chaud a lieu dans le domaine des températures compris entre 100 et 420° C.

2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des recuits intermédiaires pratiqués avant la transformation à froid et/ou lors de celle-ci est effectué dans le domaine de température compris entre 200 et 550°C.

3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la vitesse de refroidissement après le (ou les) recuit(s) 'intermédiaire.(s)est comprise entre 1500° C/sec et 30° C/heure.

4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le domaine de la transformation à chaud s'étend entre 100 et 400° C.

5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ce domaine s'étend entre 300 et 350° C.

Dessins