WO2025257497A1 - Methode de traitement thermique de mise en solution-trempe pour des profiles en alliage d'aluminium - Google Patents

Methode de traitement thermique de mise en solution-trempe pour des profiles en alliage d'aluminium

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WO2025257497A1
WO2025257497A1 PCT/FR2025/050505 FR2025050505W WO2025257497A1 WO 2025257497 A1 WO2025257497 A1 WO 2025257497A1 FR 2025050505 W FR2025050505 W FR 2025050505W WO 2025257497 A1 WO2025257497 A1 WO 2025257497A1
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WO
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web
dimension
aluminum alloy
elementary
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Application number
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Jérome PIGNATEL
Sylvie Arsene
Marion BELLAVOINE
Armelle Danielou
Pierre CHARBONNER
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Constellium Montreuil Juigne
Constellium Issoire SAS
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Constellium Montreuil Juigne
Constellium Issoire SAS
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Definitions

  • a profile is defined by the geometry of its cross-section.
  • the cross-section of the profile corresponds to the section of the profile taken perpendicular to the direction of extrusion.
  • the cross-section of a profile can be divided into elementary rectangles of dimensions A and B; A always being the largest dimension of the elementary part and B being considered as the thickness of this elementary rectangle of the profile (see Figure 1, taken from standard EN2066).
  • a shape ratio can be defined using the ratio A/B.
  • a web designates the central part of a profile, and a flange corresponds to a lateral part of the profile, intercepting or adjacent to the web, and with one direction substantially perpendicular to the direction of the web's longest dimension.
  • a flange is a specific type of flange located at one end of the web. According to standard NF-EN 2066-2022, the web and the flank(s) of a profile can be divided into elementary rectangles. The web is in contact with the flank(s) of the cross-section.
  • An elementary rectangle of a flank either intercepts (in the case of a flank extending symmetrically on either side of the web) or is adjacent (in the case of an asymmetrical flank, for example, an L-shaped cross-section) to the elementary rectangle(s) of the web.
  • the web corresponds to the elementary rectangle 20 and the cross-section has three flanks 30, 30', 30".
  • the cross-section can be described by three elementary rectangles 20, 30, 35.
  • the elementary rectangles 20 and 30 correspond respectively to the web and the flank of the J-profile.
  • the elementary rectangle 35 which is located at the end of the flank 30, is not a flank in the sense of the invention because the elementary rectangle 35 does not intersect or is not adjacent to the elementary rectangle of the web.
  • EP3080319 discloses a raw spun product for the manufacture of a machined spun product for the aeronautical industry, in alloy composition in % by weight, Cu 2.0 - 6.0; Li 0.5 - 2.0; Mg 0 - 1.0; Ag 0 - 0.7; Zn 0 - 1.0; and at least one element chosen from Zr, Mn, Cr, Sc, Hf and Ti, the quantity of said element, if chosen, being 0.05 to 0.20 % by weight for Zr, 0.05 to 0.8 % by weight for Mn, 0.05 to 0.3 % by weight for Cr and for Sc, 0.05 to 0.5 % by weight for Hf and 0.01 to 0.15 % by weight for Ti, Si ⁇ 0.1; Fe ⁇ 0.1; other ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, having a rough web and a rough flank such that the dimension of the rough flank whose direction is perpendicular to the dimension of the length of the rough web is at least 20% greater than
  • Extruded aluminum alloy products are in most cases machined to achieve the final geometry of parts. It is crucial to be able to machine such profiles without deformation. Deformation of profiles during machining is related to internal stress levels. High levels of internal stress cause significant distortion during machining, making it impossible to machine these profiles.
  • a first object of the invention relates to a solution-quenching heat treatment method for an aluminum alloy profile belonging to the 2XXX or 7XXX series.
  • the profile is located in an orthogonal coordinate system (X, Y, Z).
  • Y is the extrusion direction.
  • the cross-section of said profile comprises a web and at least one flange.
  • the core is decomposed according to standard EN2066-2022 into at least one elementary rectangle of dimensions A1, B1 with an aspect ratio A1/B1 of 4 to 50.
  • A1 is the largest dimension and is parallel to X.
  • A1 is between 100 mm and 500 mm.
  • B1 is parallel to Z and is between 10 and 50 mm.
  • the side panel is decomposed according to standard EN2066-2022 into at least one second elementary rectangle with dimensions A2, B2, where A2 is the larger dimension.
  • the dimension in mm of the second elementary rectangle perpendicular to the X direction is greater than or equal to 1.2 * B1 (in mm).
  • the solution-quenching heat treatment method comprises the following steps:
  • the aluminium profile is placed in solution at a temperature of approximately 400 °C to 550 °C for a period of approximately 5 min to 15 h,
  • the first elementary rectangle of the web and the second rectangle of the side are intersecting or adjacent.
  • at least one first rectangle of the web satisfies that dimension A1 is between 100 mm and 500 mm, dimension B1 is between 10 mm and 50 mm, and that A1/B1 is between 4 and 50.
  • the first elementary rectangle of the web is considered to be the one that is secant or adjacent to the second elementary rectangle of the flank and presenting the largest dimension B1.
  • the spinning direction Y forms an angle alpha with the normal N to the surface of the liquid when the profile is immersed in the quenching tank filled with liquid such that the value of the angle alpha in degrees satisfies 70° ⁇ angle alpha ⁇ 90°, preferably 80° ⁇ angle alpha ⁇ 87°.
  • the largest dimension A2 of the second elementary rectangle is perpendicular to the X direction.
  • the A2/B2 shape ratio of the second elementary rectangle is between 2 and 6.
  • Another object of the invention relates to a method for manufacturing an aluminum alloy profile comprising the following successive steps:
  • the said raw form is homogenized
  • the said rough form is hot-formed by spinning so as to obtain an aluminium profile (1) located in an orthogonal coordinate system (X, Y, Z), where Y is the direction of spinning, and whose cross-section has a web and at least one flank.
  • Said core is decomposed according to standard EN2066-2022 into at least one first elementary rectangle of dimensions A1, B1 with a aspect ratio A1/B1 of 4 to 50, where A1 is the largest dimension and is parallel to X, with A1 from 100 mm to 500 mm, and B1 is parallel to Z and from 10 to 50 mm
  • said at least one side is decomposed according to standard EN2066-2022 into at least one second elementary rectangle of dimension A2, B2 where A2 is the largest dimension, and such that the dimension in mm of the second elementary rectangle perpendicular to the X direction of the first elementary rectangle is greater than or equal to 1.2 *B1,
  • said aluminium profile (1) is put into solution and then quenched by immersion according to the first object of the invention relating to a heat treatment method of solution quenching,
  • the 7XXX aluminum alloy is an alloy designated according to standard AA7075 or AA7175 or AA7010 or AA7050 or AA7349 or AA7449.
  • the 7XXX aluminum alloy is an alloy with the following weight percentages: Zn 5-9; Mg 2-3; Cu 1-3; at least one element chosen from Cr, Mn, Zr, Ti, the content of the element, if chosen, being Ti 0.01-0.15; Cr 0.01-0.3; Mn 0.01-0.3; Zr 0.01-0.18; Fe ⁇ 0.5; Si ⁇ 0.2; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, the remainder being aluminum.
  • the 7XXX aluminum alloy is an alloy with the following weight percentages: Zn 5-6.5; Mg 2-3; Cu 1.2-2; at least one element chosen from Cr, Mn, Zr, Ti, the content of the element, if chosen, being Ti 0.01-0.15; Cr 0.01-0.3; Mn 0.01-0.3; Zr 0.01-0.18; Fe ⁇ 0.5; Si ⁇ 0.2; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, the remainder being aluminum.
  • the 2XXX aluminum alloy is an Al-Cu-Li alloy designated according to standard AA2065 or AA2195 or AA2295 or AA2196 or AA2296 or AA2076 or AA2099 or AA2199.
  • the aluminum alloy is an Al-Cu-Li alloy with the following composition by weight %: Cu 1-5; Li 0.5-2; Mg 0-4; Ag 0-0.7; Zn 0-1; and at least one element chosen from Zr, Mn, Cr, Sc, Hf and Ti, the quantity of said element, if chosen, being 0.04 to 0.20 wt% for Zr, 0.05 to 0.8 wt% for Mn, 0.05 to 0.3 wt% for Cr and Sc, 0.05 to 0.5 wt% for Hf and 0.01 to 0.15 wt% for Ti, Si ⁇ 0.1; Fe ⁇ 0.1; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, remainder aluminum.
  • the aluminium alloy is an Al-Cu-Li alloy with the following composition by weight % Cu 2.3 - 3.3; Li 1.4 - 2.1; Mg 0.2 - 0.8; Ag 0.2 - 0.6; Zn ⁇ 0.35; Mn ⁇ 0.45; Zr 0.04 - 0.18; Ti ⁇ 0.10; Fe ⁇ 0.15; Si ⁇ 0.12; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, remaining aluminium.
  • Another object of the invention is an Al-Cu-Li aluminum alloy profile, obtainable by the manufacturing method, wherein the aluminum alloy is an Al-Cu-Li alloy with the following percentage compositions: Cu 2.3–3.3; Li 1.4–2.1; Mg 0.2–0.8; Ag 0.2–0.6; Zn ⁇ 0.35; Mn ⁇ 0.45; Zr 0.04–0.18; Ti ⁇ 0.10; Fe ⁇ 0.15; Si ⁇ 0.12; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, the remainder being aluminum.
  • the profile is located in an orthogonal coordinate system (X, Y, Z), where Y is the extrusion direction, and whose cross-section has a web and at least one flange.
  • the said core is decomposed according to standard EN2066-2022 into at least one first elementary rectangle of dimensions A1, B1 with an aspect ratio A1/B1 of 4 to 50, where A1 is the largest dimension and is parallel to X, with A1 from 100 mm to 500 mm, and B1 is parallel to Z and from 10 to 50 mm, and said at least one flank is decomposed according to standard EN2066-2022 into at least one second elementary rectangle of dimensions A2, B2 where A2 is the largest dimension, and such that the dimension of the second elementary rectangle perpendicular to the X direction of the first elementary rectangle is greater than or equal to 1.2 * B1.
  • the Al-Cu-Li aluminum alloy profile is characterized by the fact that the deviation (in %) of the yield strength measured in the L direction, corresponding to the spinning direction ⁇ , is less than 18% in absolute value regardless of the position in the cross-section of the profile.
  • the Al-Cu-Li aluminum alloy profile is such that the maximum strain measured in the extrusion direction is less than 200 ⁇ m, preferably 150 ⁇ m, in any area of the web, such that said web area is not in contact with a flange.
  • the strain is measured using a strain gauge positioned at one end of the web in the extrusion direction ⁇ during successive machining operations that reduce the web dimension parallel to the X direction, starting from the side opposite the gauge, after all protruding flanges of the web have been machined.
  • Another object of the invention is a 7XXX aluminum alloy profile, obtainable by the manufacturing method, wherein the aluminum alloy is a 7XXX alloy with the following weight percentages: Zn 5-9; Mg 2-3; Cu 1-3; at least one element selected from Cr, Mn, Zr, Ti, the content of the element, if selected, being Ti 0.01-0.15; Cr 0.01-0.3; Mn 0.01-0.3; Zr 0.01-0.18; Fe ⁇ 0.5; Si ⁇ 0.2; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, the remainder being aluminum.
  • the aluminum alloy is a 7XXX alloy with the following weight percentages: Zn 5-9; Mg 2-3; Cu 1-3; at least one element selected from Cr, Mn, Zr, Ti, the content of the element, if selected, being Ti 0.01-0.15; Cr 0.01-0.3; Mn 0.01-0.3; Zr 0.01-0.18; Fe ⁇ 0.5; Si ⁇ 0.2; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.
  • the aluminum alloy has the following weight percentages: Zn 5-6.5; Mg 2-3; Cu 1.2-2; at least one element chosen from Cr, Mn, Zr, Ti, the content of the element, if chosen, being Ti 0.01 - 0.15; Cr 0.01 - 0.3; Mn 0.01 - 0.3; Zr 0.01 - 0.18; Fe ⁇ 0.5; Si ⁇ 0.2; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, the remainder being aluminum.
  • the profile is located in an orthogonal coordinate system (X, Y, Z), where Y is the extrusion direction, and whose cross-section has a web and at least one flange.
  • the said core is decomposed according to standard EN2066-2022 into at least one first elementary rectangle of dimensions A1, B1 with a shape ratio A1/B1 of 4 to 50, where A1 is the largest dimension and is parallel to X, with A1 of 100 mm to 500 mm, and B1 is parallel to Z and of 10 to 50 mm, and said at least one side is decomposed according to standard EN2066-2022 into at least one second elementary rectangle of dimension A2, B2 where A2 is the largest dimension, and such that the dimension of the second elementary rectangle perpendicular to the direction X of the first elementary rectangle is greater than or equal to 1.2 * B1.
  • the 7XXX aluminum alloy profile is characterized by the fact that the deviation (in %) of the yield strength measured in the L direction, corresponding to the spinning direction ⁇ , is less than 18% in absolute value, preferably 10%, regardless of the position in the cross-section of the profile.
  • the 7XXX aluminum alloy profile is such that the maximum strain measured in the extrusion direction is less than 200 ⁇ m/m in any area of the web, provided that said web area is not in contact with a flange.
  • the strain is measured using a strain gauge positioned at one end of the web in the extrusion direction ⁇ during successive machining operations that reduce the web dimension parallel to the X direction, starting from the side opposite the gauge, after all protruding flanges of the web have been machined.
  • Figure 5 shows the cross-section of the profile in examples 1 and 2, as well as its decomposition into elementary rectangles.
  • Figure 9 represents an embodiment allowing the immersion of the profile on a stretcher at an angle alpha with a sling system.
  • Figure 10 represents the cross-sectional view of a profile immersed in the quenching tank according to the positioning of Figure 6 (reference).
  • Figure 11 represents the cross-sectional view of a profile immersed in the quenching tank according to the positioning of Figure 7 (invention).
  • Figure 12, Figure 13, Figure 14, Figure 15 and Figure 16 represent the steps of the deformation measurement method used to assess the machinability of the profile.
  • Figure 17 represents the evolution of the measured deformation as a function of positioning in the machined web, using the method described in Figures 12 to 16 for the Al-Cu-Li profile described in Figure 5, after quenching according to the reference method or according to the method of the invention according to the conditions of Example 1.
  • Figure 18 represents the cross-section of the 7XXX profile from examples 3 and 4, as well as its decomposition into elementary rectangles.
  • Figure 19 represents the evolution of the measured deformation as a function of positioning in the machined web, using the method described in Figures 12 to 16 for the 7XXX profile described in Figure 18 and transformed according to the conditions of example 3.
  • alloys Unless otherwise stated, all indications concerning the chemical composition of alloys are expressed as a percentage by weight based on the total weight of the alloy.
  • the expression 1.4 Cu means that the copper content expressed as a percentage by weight is multiplied by 1.4.
  • the designation of alloys complies with the regulations of The Aluminium Association, which are familiar to those skilled in the art. The definitions of the metallurgical states are given in the European standard EN 515.
  • a profile 1 is considered to comprise a web and at least one flange.
  • Figure 3 illustrates the case of a profile with a web 2 and two flanges 3 and 3'. This illustration is provided to illustrate the invention and is not limiting; the profile may contain one or more than two flanges.
  • the core can be decomposed (Figure 3 b) according to the EN2066-2022 standard into at least a first elementary rectangle 20 of dimensions A1, B1 where A1 is the largest dimension.
  • Dimensions A1 and B1 are such that A1 ranges from 100 mm to 500 mm and B1 from 10 mm to 50 mm, with an aspect ratio A1/B1 of 4 to 50.
  • dimension A1 is at least 150 mm or 200 mm and at most 400 mm or 350 mm.
  • B1 is at least 15 mm or 20 mm and at most 40 mm or 30 mm. If dimension B1 is less than 10 mm, the invention offers no advantage.
  • the A1/B1 ratio is at least 6 or 8 and at most 40 or 30.
  • Each side can be decomposed according to standard EN2066-2022 into a second elementary rectangle (30 and 30’ Figure 3 b)) of dimensions A2, B2 and A2’, B2’ where A2 and A2’ are the larger dimensions.
  • the first elementary rectangle (of the web) and the second elementary rectangle (of the side) are considered to be adjacent or intersecting.
  • first elementary rectangle is used for an elementary rectangle defining the core and "second elementary rectangle” for an elementary rectangle defining a flank.
  • the dimension of the at least second elementary rectangle which is perpendicular to the X direction of the first elementary rectangle, is greater than or equal to 1.2 * B1, preferably 1.5 * B1 or 2 * B1, or even 2.2 * B1.
  • the dimensions A2 and A2' are perpendicular to the X direction of the first elementary rectangle 20.
  • the web can be described by several first elementary rectangles.
  • the web can be described by more than one elementary rectangle (A1, B1), (A1', B1')... the value B1 to be considered corresponds to the maximum value (B1, B1', 7) of the first elementary rectangles (of the web) adjacent or intersecting the side considered.
  • the core can be described by more than one first elementary rectangle, it is considered that at least one first elementary rectangle satisfies the dimensional conditions mentioned.
  • the dimension of at least a second elementary rectangle perpendicular to the X direction of the first elementary rectangle of the core corresponds to dimension A2.
  • the aspect ratio (A2/B2 or A27B2' or ...) of at least a second elementary rectangle (flank 20, 20', 20"%) is between 2 and 6.
  • the solution-quenching heat treatment method for an aluminum alloy profile according to the invention comprises solution quenching and immersion quenching.
  • the inventors have observed that it is possible to improve the machinability of aluminum alloy profiles, particularly 2xxx or 7xxx series aluminum alloys, especially Al-Cu-Li alloys, by manipulating the web positioning of the profile during immersion quenching.
  • the impact of quenching on the properties and machinability is amplified if the largest dimension of the web is significant, typically if A1 is greater than 150 mm.
  • the surface of the quenching liquid at rest is considered as a plane with normal N.
  • Orienting the web of the profile vertically means that the X direction, parallel to the longer dimension of the web, is oriented approximately parallel to the normal to the quenching liquid surface.
  • This practice has the advantage of allowing a larger number of profiles to be processed simultaneously. Indeed, due to space constraints, a greater number of profiles can be immersed for a given liquid surface area when they are positioned with their webs vertical.
  • a direction is understood to be “substantially parallel” to another direction if these two directions are identical or form an angle of less than 10°, preferably less than 5°.
  • the web is positioned substantially horizontally relative to the surface of the quenching liquid.
  • Orienting the web of the profile horizontally means that the direction X, parallel to the longest dimension of the web, is oriented substantially perpendicular to the normal Jv of the liquid surface.
  • a direction is understood to be substantially perpendicular to another if the angle between these two directions is 90° ⁇ 10°, preferably ⁇ 5°.
  • a plane is understood to be “substantially parallel” to a direction if the normal to this plane forms an angle of 80° to 90°, preferably 85° to 90°, with said direction.
  • the inventors have developed a measurement method to determine the level of residual stresses within a profile. Indeed, conventional measurement methods developed for rolled products cannot be used simply. Some methods only measure surface deformation, such as the so-called hole method, which involves drilling a small hole in the material and measuring the induced deformation, or the X-ray method.
  • the so-called bar method described in EP 0731185, for example, measures the residual stresses in the core of rolled products. It is based on measuring the deformation during incremental machining in the direction of the product's thickness. This method is not suitable for profiles whose residual stresses vary across the profile's cross-section.
  • the inventors developed a method for measuring deformation during incremental machining, using the same principle as the bar method. As with the bar method, the greater the deformation, the greater the residual stresses (also called internal stresses).
  • the deformation is measured using a strain gauge positioned at one end of the web in the extrusion direction ⁇ . It is bonded to the (Z, ⁇ ) face.
  • the deformation is measured during successive machining operations that reduce the web dimension parallel to the X direction, starting from the side opposite the gauge, after the protruding flanks have been machined. This is equivalent to reducing the web dimension A1 by successive machining operations.
  • the deformation is measured after one machining pass. The measurement method is described in more detail in Example 2.
  • the measurement is preferably performed until the remaining web dimension parallel to the X direction is approximately 25 mm. Indeed, the inventors believe that if the remaining web dimension is less than 25 mm, the measured deformation may be overestimated due to a lack of web rigidity.
  • a measured deformation in the extrusion direction ( ⁇ ) of less than 200 ⁇ m/m, preferably 150 ⁇ m/m in any area of the web not in contact with a flange and located more than 25 mm from the web end where the gauge is bonded ensures good machining behavior, i.e., limited saber deformation of the profile during machining.
  • the deflection measured over a machined length of 2 m, or even 6 m is less than 3 mm.
  • this arrangement according to the invention allows the entire profile to be hardened almost simultaneously, which is beneficial with regard to the homogeneity of properties within the section of the profile and the reduction of internal stresses.
  • the profile is inclined at the moment of immersion and during immersion ( Figure 4). This allows for better immersion and, above all, better evacuation of any heat-forming bubbles that may have formed on the surface of the profile during the initial stages of quenching.
  • the drawing direction ⁇ of the profile forms an angle alpha with the direction N, corresponding to the normal direction of the surface of the quenching liquid, such that the angle alpha (in degrees) is strictly less than 90°, preferably at least 70°, 75°, or 80°, and preferably at most 89°, 88°, or 87°.
  • Aluminum alloy profiles are manufactured using a well-known process comprising a casting step, preferably a homogenization step, a heating step, a drawing step, an optional cutting-to-length step, a solution heating step, a quenching step, a tensile stress-relieving step, an optional straightening step, and a tempering step.
  • the quenching step considered here by the invention is an immersion quenching step. It consists of plunging the profiles into a liquid as quickly as possible after the completion of the solution heating heat treatment.
  • the profiles are usually held in place by slings or positioned on a stretcher, itself supported by slings, which can be immersed in a quenching tank.
  • a rough form is cast from a 2XXX or 7XXX aluminum alloy, preferably an Al-Cu-Li alloy.
  • the rough form is a billet. It is possible that the rough form is a plate from which a cylindrical shape can be extracted.
  • the 2XXX aluminum alloy has a composition corresponding to an AlCuLi alloy.
  • Advantageous 2XXX aluminum alloys for implementing the invention include AA2065, AA2195, AA2295, AA2196, AA2296, AA2076, AA2099, and AA2199. AA2196, AA2296, and AA2076 alloys are particularly preferred.
  • the 2XXX aluminum alloy has a composition corresponding to an Al-Cu-Li alloy with the following composition (in wt%): Cu 1-5; Li 0.5-2; Mg 0-4; Ag 0-0.7; Zn 0-1; and at least one element selected from Zr, Mn, Cr, Sc, Hf, and Ti, the quantity of said element, if selected, being 0.04 to 0.20 wt% for Zr, 0.05 to 0.8 wt% for Mn, 0.05 to 0.3 wt% for Cr and Sc, 0.05 to 0.5 wt% for Hf, and 0.01 to 0.15% by weight for Ti, Fe ⁇ 0.1; Si ⁇ 0.1; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, remainder aluminium.
  • composition in wt%): Cu 1-5; Li 0.5-2; Mg 0-4; Ag 0-0.7; Zn 0-1; and at least one element selected from Zr, Mn, Cr, Sc, Hf, and Ti, the quantity of said element, if selected, being
  • the 2XXX aluminum alloy is an Al-Cu-Li alloy with the following composition by weight %: Cu 2.3 - 3.3; Li 1.4 - 2.1; Mg 0.2 - 0.8; Ag 0.2 - 0.6; Zn ⁇ 0.35; Mn ⁇ 0.45; Zr 0.04 - 0.18; Ti ⁇ 0.10; Fe ⁇ 0.15; Si ⁇ 0.12; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, remaining aluminum.
  • the 2XXX aluminum alloy is an Al-Cu-Li alloy with the following composition by weight %: Cu 2.8 - 3.2; Li 1.6 - 1.8; Mg 0.2 - 0.5; Ag 0.2 - 0.4; Zn ⁇ 0.15; Mn 0.2 - 0.4; Zr 0.04 - 0.18; Ti 0.02 - 0.10; Fe ⁇ 0.15; Si ⁇ 0.12; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, remaining aluminum.
  • Advantageous 7XXX aluminum alloys for carrying out the invention include AA7075 or AA7175 or AA7010 or AA7050 or AA7349 or AA7449 alloys.
  • the 7XXX alloy has a composition by weight % Zn 5 - 9; Mg 2 - 3; Cu 1 - 3, at least one element chosen from Cr, Mn, Zr, Ti, the content of the element, if chosen, being Ti 0.01 - 0.15; Cr 0.01 - 0.3; Mn 0.01 - 0.3; Zr 0.01 - 0.18; Fe ⁇ 0.5; Si ⁇ 0.2; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, remainder aluminium.
  • the 7XXX aluminum alloy is an alloy with the following weight percentages: Zn 5-6.5; Mg 2-3; Cu 1.2-2; at least one element chosen from Cr, Mn, Zr, Ti, the content of the element, if chosen, being Ti 0.01-0.15; Cr 0.01-0.3; Mn 0.01-0.3; Zr 0.01-0.18; Fe ⁇ 0.5; Si ⁇ 0.2; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, the remainder being aluminum.
  • the resulting rough form is preferably homogenized.
  • the homogenization temperature is preferably between 470 °C and 540 °C for 5 to 60 hours.
  • the homogenization temperature is between 500 °C and 530 °C.
  • the rough form is generally cooled to room temperature before being preheated for hot forming.
  • the preheating aims to reach an initial forming temperature preferably between 350 °C and 500 °C, preferably between 380 °C and 500 °C, preferably between 400 °C and 500 °C for an AlCuLi alloy, or preferably in the range of 450 °C to 480 °C, enabling the deformation of the rough form.
  • the reheating step can also serve as a homogenization step if this is not done beforehand.
  • Hot forming is performed by extrusion to obtain a profile with a core and at least one flange.
  • the cross-section of the product spun yarn can be described from elementary rectangles according to the recommendations of standard EN2066-2022 as defined previously in the description.
  • the spinning conditions are determined empirically to ensure good productivity while guaranteeing surface quality and the absence of defects.
  • the exact extrusion speeds and temperatures depend on the size of the starting billet, the size and shape of the spun section, the number of die openings, the capacity of the spinning press, and the spinning method (direct or indirect)—parameters well known to those skilled in the art.
  • the spun product thus obtained is then dissolved and quenched according to the solution-quenching heat treatment method of the invention.
  • the dissolution is carried out at a temperature of approximately 400 to 550 °C, for 5 minutes to 15 hours, preferably from 440 to 540 °C.
  • the duration may advantageously be from 15 minutes to 10 hours.
  • Quenching is carried out by immersion in a tank filled with liquid.
  • the liquid can be water, an aqueous solution, or any other suitable liquid.
  • the liquid temperature is preferably temperature-controlled from 15°C to 30°C, preferably from 20°C to 25°C.
  • the profile is kept immersed in the liquid in this position, preferably for a period of at least approximately 30 seconds.
  • the total immersion time is typically from 30 seconds to 1 hour, preferably from 1 minute to 30 minutes.
  • This arrangement allows for faster, complete immersion of the profile section and reduces the thermal gradients between the top and bottom of the web (i.e., the thermal gradient in the X direction).
  • the inventors believe this is advantageous because it reduces the residual stress gradient along the web's height (A1).
  • the inventors believe this arrangement allows for the fastest possible immersion of at least part of the flange, thus cooling the web-flange junction as quickly as possible by thermal conductivity. This limits the thermal gradients.
  • the inventors believe this also reduces the residual stresses in the ⁇ direction. This effect remains valid if the profile has two or more flanges.
  • saber deformation for example, when, if the flange of a profile is placed on a surface plate with the X direction of the profile's cross-section oriented perpendicular to the surface plate, the flange of the profile does not touch the plate at certain points in the Y direction of the extrusion.
  • the saber is defined by the height of the deflection corresponding to the maximum distance between the surface of the plate and the flange of the profile. This deflection height is measured in the X direction.
  • the profile is inclined at the time of immersion so that the Y direction, corresponding to the extrusion direction of the profile, forms an angle alpha with the N direction of the liquid surface, and such that the angle alpha (in degrees) is strictly less than 90° and preferably greater than or equal to 70°.
  • the angle alpha is such that 70° ⁇ angle alpha ⁇ 90°, or 70° ⁇ angle alpha ⁇ 87°, or 75° ⁇ angle alpha ⁇ 87°, or 80° ⁇ angle alpha ⁇ 87°, so that heat-retaining bubbles do not remain trapped at the side(s).
  • the removal of bubbles promotes heat exchange and consequently improves the quenching rate, which is beneficial for the mechanical properties and the homogeneity of properties across the profile's cross-section.
  • the spun product once dissolved and quenched, then undergoes controlled tensile stress reduction, also called stress relieving, preferably of 1 to 5% and preferably of at least 2% in plastic deformation value.
  • controlled tensile stress reduction also called stress relieving, preferably of 1 to 5% and preferably of at least 2% in plastic deformation value.
  • Known processing steps such as straightening or shaping may optionally be carried out before or after controlled tensile stress reduction.
  • Income is preferably generated at a temperature of 100 to 190 °C for 5 to 100 h, preferably at 120 to 185 °C for 12 to 40 h.
  • said core 2 is decomposed according to standard EN2066-2022 into at least one first elementary rectangle 20 of dimensions A1, B1 with an aspect ratio A1/B1 of 4 to 50, where A1 is the largest dimension and is parallel to X, with A1 from 100 mm to 500 mm, and B1 is parallel to Z and from 10 to 50 mm, and the at least one flange (3, 3’) is decomposed according to standard EN2066-2022 into at least one second elementary rectangle 30 of dimension A2, B2
  • the 2XXX aluminum alloy is an Al-Cu-Li alloy with the following composition by weight %: Cu 2.8 - 3.2; Li 1.6 - 1.8; Mg 0.2 - 0.5; Ag 0.2 - 0.4; Zn ⁇ 0.15; Mn 0.2 - 0.4; Zr 0.04 - 0.18; Ti 0.02 - 0.10; Fe ⁇ 0.15; Si ⁇ 0.12; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, remaining aluminum.
  • the beneficial effect of the quenching according to the invention is also characterized on a 7XXX alloy profile with a weight composition % Zn 5 - 9, Mg 2 - 3, Cu 1 - 3, at least one element chosen from Cr, Mn, Zr, Ti, the content of the element, if chosen, being Ti 0.01 - 0.15; Cr 0.1 - 0.3; Mn 0.01 - 0.3; Zr 0.01 - 0.18; Fe ⁇ 0.5; Si ⁇ 0.2; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, remains aluminum, with a core (2) and at least one flange (3, 3'), said core (2) is decomposed according to standard EN2066-2022 into at least one first elementary rectangle 20 of dimensions A1, B1 with an aspect ratio A1/B1 of 4 to 50, where A1 is the largest dimension and is parallel to X, with A1 from 100 mm to 500 mm, and B1 is parallel to Z and from 10 to 50 mm, and the at least one flange (3, 3') is decom
  • the 7XXX aluminum alloy is an alloy with the following weight percentages: Zn 5-6.5; Mg 2-3; Cu 1.2-2; at least one element chosen from Cr, Mn, Zr, Ti, the content of the element, if chosen, being Ti 0.01-0.15; Cr 0.01-0.3; Mn 0.01-0.3; Zr 0.01-0.18; Fe ⁇ 0.5; Si ⁇ 0.2; other elements ⁇ 0.05 each and ⁇ 0.15 in total, the remainder being aluminum.
  • the inventors have observed that the maximum deformation measured during a machining operation is reduced when the profile is made of alloy 2XXX, preferably Al-Cu-Li, or alloy 7XXX, according to the invention.
  • the inventors have shown that machinability can be correlated with a measurement of the deformation in the extrusion direction ⁇ .
  • the inventors have found that it is possible to obtain a maximum deformation in absolute value of the measured deformation in the extrusion direction ⁇ of less than 200 ⁇ m, preferably 150 ⁇ m, in any area of the web not in contact with a flange.
  • the inventors believe that such deformation levels reduce the deformation of the profile during machining. Indeed, the inventors believe that obtaining a deformation value of less than 200 ⁇ m, preferably 150 ⁇ m, according to the measurement principle described below, characterizes a profile with a low level of internal stresses.
  • the strain is measured using a strain gauge positioned at one end of the web in the spinning direction. It is bonded to the (Z, ⁇ ) face. The strain is measured during successive machining operations that reduce the web dimension parallel to the X direction, starting from the side opposite the gauge, after the protruding flanges have been machined. This is equivalent to reducing the web dimension A1 by successive machining. The strain is measured after one machining pass. The measurement is preferably performed until the web dimension parallel to the X direction is less than 25 mm.
  • the strain measured in the spinning direction ⁇ is preferably considered to be less than 200 ⁇ m, preferably 150 ⁇ m, in any area of the web not in contact with a flange and located more than 25 mm from the end of the web where the gauge is bonded.
  • the measurement method is described in more detail in example 2.
  • the spun product can notably be machined to obtain a wing stiffener, a fuselage stiffener, a fuselage frame, a floor beam or a floor cross member.
  • the profile has a cross-section with a web and three flanges extending symmetrically with respect to the web (see Figure 5).
  • the cross-section of the profile is such that it can be decomposed into five elementary rectangles according to the recommendations of standard EN 2066-2022 ( Figure 5).
  • the web is described by two elementary rectangles, 20 and 20', the first elementary rectangle 20 having dimension A1 of 242 mm and dimension B1 of 19 mm (aspect ratio 12.7), and the second elementary rectangle 20' having dimension AT of 195 mm and dimension BT of 21 mm.
  • the sides are described by three second elementary rectangles 30, 30’ and 30”.
  • a second elementary rectangle 30 corresponds to the base of the profile with dimension A2 of 57 mm and dimension B2 of 13 mm (aspect ratio 4.4), another second elementary rectangle 30’ corresponds to a side with dimension A2’ of 53 mm and dimension B2’ of 20 mm (aspect ratio 2.65) and another second elementary rectangle 30” corresponds to another side with dimension A2” of 55 mm and dimension B2” of 20 mm (aspect ratio 2.75) (see Figure 5).
  • ⁇ the spinning direction.
  • the direction parallel to the length A1 and AT of the elementary rectangles of the web 20 and 20’ is denoted X and the direction parallel to the dimension B1 and B1’ of the elementary rectangles of the web 20 and 20’ is denoted Z.
  • the profiles are dissolved at a temperature of 524 °C for 45 minutes and quenched in a quenching tank filled with water maintained at an ambient temperature of approximately 20-30 °C, according to the principle shown in Figure 8.
  • the profiles are positioned on a stretcher 40.
  • the profiles are positioned such that the (Y, Z) plane is perpendicular to the normal N of the liquid surface at the time of quenching, according to the principle shown in Figures 6 and 10.
  • the profiles are positioned such that the (Y, Z) plane is parallel to the normal N of the liquid surface at the time of quenching, according to the principle shown in Figures 7 and 11.
  • the Y direction makes an angle alpha of approximately 84° with respect to the normal N of the liquid surface at the time of immersion and during immersion, such that the heat retention bubbles can escape along the Y-direction of the core's spinning. This is particularly relevant for the positioning according to the invention (case D).
  • the profiles are arranged on a stretcher 40 that can be placed in the solution furnace 50 and in the quenching tank 10 ( Figure 8).
  • a rail system 60 can facilitate the removal 51 of the profiles from the furnace.
  • the profiles are arranged on the stretcher so that, at the time of immersion in the quenching tank, the plane (F, Z) is perpendicular (reference) or parallel (invention) to the normal N of the liquid surface at the time of quenching.
  • the 84° inclination of the profile according to the invention is obtained using a lifting means 70 and lifting components, also called slings: the stretcher is held by means of slings 70, and the lifting means is configured to orient the stretcher at an angle of approximately 84° ( Figure 9). The inclination is maintained throughout the immersion time.
  • the profiles were then tensile-tested to approximately 3% and then returned to the T8 state by means of a 30 h heat treatment at 152 °C.
  • the inventors observed improved homogeneity of tensile properties within the cross-section of the hardened profile according to the invention. Proportionally, the difference in yield strength measured between two positions is minimized (in absolute value) when the hardening treatment is carried out according to the invention (see Table 3).
  • a deviation (in %) of the elastic limit measured in the L direction of less than 18% in absolute value is measured regardless of the position in the section of the profile.
  • Example 2 A measurement method has been developed to account for the propensity of the profile to deform during machining on profiles of the same type as example 1. A length of 1 m of profile was considered for each of the tested cases. A unidirectional 200 strain gauge with a nominal resistance of 120 Ohms is glued in the ripple direction ⁇ of the profile at mid-length of the cut length on the underside of the base, mid-distance from the edges in the ⁇ Z direction ( Figure 12).
  • the sides corresponding to the elementary rectangles 30, 30’ and 30” are machined in several stages alternately from one side and the other so that the profile deforms very little in a saber shape.
  • the machining passes (No. 1, No. 2, ...) are indicated by the numbered dashed lines in Figure 12.
  • the number of passes is preferably adjusted to have a minimum depth of cut of 1 mm and a maximum depth of cut of 4 mm in order to limit the deformation of the profile.
  • the machining passes are a minimum of 1 mm and a maximum of 4 mm.
  • the pass before measurement is a minimum of 1 mm and a maximum of 2 mm.
  • the deformation is measured ( Figure 16).
  • Figure 16 illustrates the saber deformation. The measurement is stopped when the remaining dimension A1 is less than 25 mm.
  • the machining parameters are chosen to avoid heating during machining and thus limit the creation of local residual stresses during machining.
  • Figure 17 shows the evolution of the deformation in the extrusion direction measured by the gauge in the case of quenching according to the invention or according to the reference, as a function of the pass position, i.e., as a function of the new dimension A1 of the remaining profile piece after machining in the X direction.
  • the reduction of dimension A1 begins on the side opposite the gauge.
  • a lower level of deformation in absolute value is observed for the profile quenched according to the invention.
  • the inventors consider that this type of measurement makes it possible to account for the lower propensity of the profile to deform after machining when it is quenched according to the invention.
  • the most problematic deformations during the machining of this type of profile are the Sabre deformation (deflection in the X direction resulting from a deformation of the flange in the ⁇ direction that differs from the deformations of the rest of the profile in the ⁇ direction, thus creating bending). Therefore, the proposed test allows us to classify the different cases in the order of what happens during the machining of a profile with a web and one or more flanges in the extrusion direction.
  • the profile has a cross-section with a web and three flanges extending symmetrically with respect to the web (see Figure 18).
  • the cross-section of the profile is such that it can be decomposed into five elementary rectangles according to the recommendations of standard EN 2066-2022 ( Figure 18).
  • the web is described by two elementary rectangles, 20 and 20', the first elementary rectangle 20 having dimension A1 of 246 mm and dimension B1 of 22 mm (aspect ratio 11.2), and the second elementary rectangle 20' having dimension AT of 198 mm and dimension BT of 22 mm.
  • the flanks are described by three second elementary rectangles 30, 30', and 30”.
  • a second elementary rectangle 30 corresponds to the flange of the profile with dimension A2 of 59 mm and dimension B2 of 17 mm (aspect ratio 3.5), another second elementary rectangle 30' corresponds to a flank with dimension A2' of 56 mm and dimension B2' of 18 mm (aspect ratio 3.1), and yet another second elementary rectangle 30” corresponds to another flank with dimension A2” of 56 mm and dimension B2” of 21 mm (aspect ratio 2.8) (see Figure 18).
  • the direction of the extrusion is denoted by ⁇ .
  • the direction parallel to the lengths A1 and AT of the elementary rectangles of the core 20 and 20' is denoted X, and the direction parallel to the dimensions B1 and B1' of the elementary rectangles of the core 20 and 20' is denoted Z.
  • the profiles are placed in solution at a temperature of 472 °C for 60 minutes and quenched in a quenching tank filled with water maintained at an ambient temperature of approximately 20-25 °C according to the principle of Figure 8.
  • the profiles are positioned on a stretcher 40.
  • the profiles are positioned so that the plane (Y, Z) is parallel to the normal N of the liquid surface at the time of quenching, according to the principle of Figures 7 and 11.
  • the direction ⁇ makes an angle alpha of approximately 84° with respect to the normal N of the liquid surface at the time of immersion and during immersion so that the heat-forming bubbles can escape along the spinning direction ⁇ of the web.
  • the profiles were then tensile tested at approximately 2% and then tempered to the T79 condition using a two-step tempering process of 12h 120 °C + 6h 165 °C.
  • the tensile mechanical properties were measured at different positions in the cross-section (see Figure 18) at the beginning and end of the spinning process.
  • the tensile test specimens were loaded in the spinning direction. Positions 1, 2, and 3 are located in the web corresponding to the elementary rectangles 20 and 20', and positions 3 and 4 are located in the flank corresponding to the elementary rectangle 30'.
  • a deviation (in %) of the elastic limit measured in the L direction of less than 10% in absolute value is measured regardless of the position in the section of the profile and the position in the length of the profile.
  • Figure 19 shows the evolution of the deformation in the direction of spinning ⁇ measured by the gauge according to the same measurement principle as that described in example 2. It can be seen that the level of deformation of the profile 7XXX hardened according to the principle of the invention is less than 195 pm/m in absolute value regardless of the position in the web.

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Abstract

Méthode de traitement thermique de mise en solution-trempe pour un profilé en alliage d'aluminium, repéré dans un repère orthogonal (Z, Y, Z), où Y est la direction de filage, et dont la section transversale dudit profilé comprend une âme qui se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un premier rectangle élémentaire de dimensions A1, B1 avec un rapport de forme A1/B1 compris de 4 à 50, où A1 est la dimension la plus grande et est parallèle à X, avec A1 compris de 100 mm à 500 mm et B1 est parallèle à Z et compris de 10 à 50 mm, ladite méthode comprend une étape de mise en solution et une étape de trempe par immersion dans un bac de trempe rempli de liquide telle que lors de l'étape d'immersion le plan (Y, Z) du profilé est sensiblement parallèle à la normale N à la surface du liquide.

Description

DESCRIPTION
Titre : Méthode de traitement thermique de mise en solution-trempe pour des profilés en alliage d’aluminium
Domaine technique
L’invention porte sur une méthode de traitement thermique de mise en solution-trempe permettant d’améliorer l’usinabilité de profilés. L’invention porte aussi sur un procédé de fabrication d’un profilé utilisant la méthode de traitement thermique de mise en solution- trempe et le produit obtenu avec une meilleure homogénéité de propriétés au sein de la section considérée, ainsi qu’une meilleure aptitude à l’usinage.
Art antérieur
Des produits filés, aussi appelés profilés, en alliage d’aluminium sont développés pour produire des pièces de haute résistance destinées notamment à l’industrie aéronautique et à l’industrie aérospatiale.
Les produits filés en alliage d’aluminium sont utilisés dans l’industrie aéronautique pour de nombreuses applications, telles que les raidisseurs ou lisses de fuselage, les cadres de fuselage, les raidisseurs de voilure, les traverses et poutres de plancher ainsi que les rails de siège.
De manière générale, un profilé est défini par la géométrie de sa section transversale. La section transversale du profilé correspond à la section du profilé prise perpendiculairement à la direction de filage.
Selon la norme NF-EN 2066-2022 paragraphe 3, la section transversale d’un profilé peut être divisée en rectangles élémentaires de dimensions A et B ; A étant toujours la plus grande dimension de la partie élémentaire et B pouvant être considéré comme l’épaisseur de ce rectangle élémentaire du profilé (voir Figure 1 , tirée de la norme EN2066). On peut définir un rapport de forme avec le rapport A/B.
De manière générale, on appelle « âme » les parties centrales du profilé ayant dans la plupart des cas un rapport de forme élevé et on appelle « flanc » des parties qui interceptent l’âme ou qui sont adjacents à l’âme, ayant dans la plupart des cas de plus faibles rapports de forme, dont une direction est sensiblement perpendiculaire à la plus grande direction de l’âme. D’une manière générale, une âme désigne la partie centrale d’un profilé et un flanc correspond à une partie latérale du profilé, interceptant l’âme ou adjacent à l’âme, et dont une des directions est sensiblement perpendiculaire à la direction de la plus grande dimension de l’âme. Une semelle est un type de flanc particulier situé à une extrémité de l’âme. Selon la norme NF-EN 2066-2022, l’âme et le(s) flanc(s) d’un profilé peuvent être divisés en rectangles élémentaires. L’âme est en contact avec le ou les flancs de la section transversale. Un rectangle élémentaire d’un flanc intercepte (cas d’un flanc s’étendant symétriquement de part et d’autre de l’âme) ou est adjacent (cas d’un flanc asymétrique, exemple d’une section transversale en forme de L) au(x) rectangle(s) élémentaire(s) de l’âme. Dans le cas de la Figure 1 , l’âme correspond au rectangle élémentaire 20 et la section transversale possède trois flancs 30, 30’, 30”. Dans le cas d’un profilé en J représenté à la Figure 2, la section transversale peut être décrite par trois rectangles élémentaires 20, 30, 35. Les rectangles élémentaires 20 et 30 correspondent respectivement à l’âme et le flanc du profilé en J. Le rectangle élémentaire 35, qui se situe à l’extrémité du flanc 30, n’est pas un flanc au sens de l’invention car le rectangle élémentaire 35 n’intercepte pas ou n’est pas adjacent au rectangle élémentaire de l’âme.
EP3080319 (Constellium Issoire) divulgue un produit filé brut pour la fabrication d’un produit filé usiné pour l’industrie aéronautique, en alliage de composition en % en poids, Cu 2,0 - 6,0 ; Li 0,5 - 2,0 ; Mg 0 - 1 ,0 ; Ag 0 - 0,7 ; Zn 0 - 1 ,0 ; et au moins un élément choisi parmi Zr, Mn, Cr, Sc, Hf et Ti, la quantité dudit élément, s’il est choisi, étant de 0,05 à 0,20 % en poids pour Zr, 0,05 à 0,8 % en poids pour Mn, 0,05 à 0,3 % en poids pour Cr et pour Sc, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et de 0,01 à 0,15 % en poids pour Ti, Si < 0,1 ; Fe < 0,1 ; autres < 0,05 chacun et < 0,15 au total, présentant une âme brute et un flanc brut tel que la dimension du flanc brut dont la direction est perpendiculaire à la dimension de la longueur de l’âme brute est au moins 20 % supérieure à la longueur du flanc usiné.
Les produits filés en alliage d’aluminium utilisés en particulier dans l’aéronautique sont dans la plupart des cas usinés afin d’obtenir une géométrie finale de pièces. Il est important de pouvoir usiner de tels profilés sans que ceux-ci se déforment. La déformation des profilés à l’usinage est associée aux niveaux de contraintes internes. Un niveau élevé de contraintes internes provoque des distorsions importantes lors de l’usinage et rend alors impossible l’usinage de ces profilés.
Il est connu que la trempe réalisée à l’issue de la mise en solution d’alliages d’aluminium de la série 2xxx ou 7xxx peut être à l’origine de contraintes internes. La présence au moment de la trempe de forts gradients thermiques dans la section du profilé conduit à une déformation plastique inhomogène. Lorsque le produit est complètement refroidi, il renferme des contraintes internes aussi appelées contraintes résiduelles.
Les méthodes les plus répandues pour relaxer les contraintes résiduelles dans les profilés en alliage de la série 2xxx et 7xxx font appel à la déformation plastique, par traction dans le sens du filage. CN108754363 (Central South University) divulgue un traitement thermomécanique comprenant une étape d’étirage de 1 à 10 % afin de réduire les contraintes résiduelles. Il est aussi possible de réaliser une trempe à l’eau chaude, ou même bouillante pour réduire les contraintes résiduelles comme présenté dans les Techniques de l’ingénieur M 1 290v2 Traitements thermiques des alliages d’aluminium
- Matériels et recommandations - M. Stucky page 19. Cependant cette solution présente l’inconvénient d’obtenir des propriétés finales plus faibles que lorsque le profilé est trempé dans une eau à température ambiante.
Il existe un besoin d’améliorer l’usinabilité des profilés en alliage d’aluminium, en particulier les profilés dont la section transversale présente une âme et au moins un flanc pour lesquels la solution d’étirage ne suffit pas.
Exposé de l’invention
Un premier objet de l’invention porte sur une méthode de traitement thermique de mise en solution-trempe pour un profilé en alliage d’aluminium appartenant à la série 2XXX ou 7XXX. Le profilé est repéré dans un repère orthogonal (X, Y, Z). Y est la direction de filage. La section transversale dudit profilé comprend une âme et au moins un flanc.
L’âme se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un premier rectangle élémentaire de dimensions A1 , B1 avec un rapport de forme A1/B1 compris de 4 à 50. A1 est la dimension la plus grande et est parallèle à X. A1 est compris de 100 mm à 500 mm. B1 est parallèle à Z et est compris de 10 à 50 mm.
Le flanc se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un deuxième rectangle élémentaire de dimensions A2, B2, où A2 est la dimension la plus grande. La dimension en mm du deuxième rectangle élémentaire perpendiculaire à la direction X est supérieure ou égale à 1 .2 * B1 (en mm).
La méthode de traitement thermique de mise en solution-trempe comprend les étapes suivantes :
- (d1 ) le profilé en aluminium est mis en solution à une température comprise de 400 °C à 550 °C environ pendant une durée d’environ 5 min à 15 h,
- (d2) le profilé en aluminium mis en solution est trempé dans un bac de trempe rempli de liquide (10). Lors de l’étape (d2) le plan (F, Z) du profilé est sensiblement parallèle à la normale N à la surface du liquide.
De manière préférée, le premier rectangle élémentaire de l’âme et le deuxième rectangle du flanc sont sécant ou adjacents. De manière préférée, au moins un premier rectangle de l’âme vérifie que la dimension A1 soit comprise de 100 mm à 500 mm, la dimension B1 soit comprise de 10 à 50 mm et que A1/B1 soit compris de 4 à 50. De manière préférée, on considère comme premier rectangle élémentaire de l’âme celui qui est sécant ou adjacent au deuxième rectangle élémentaire du flanc et présentant la plus grande dimension B1.
De préférence, la direction de filage Y forme un angle alpha avec la normale N à la surface du liquide lorsque le profilé est immergé dans le bac de trempe rempli de liquide tel que la valeur de l’angle alpha en degré vérifie 70 °< angle alpha < 90°, de préférence 80° < angle alpha < 87°.
De préférence, la plus grande dimension A2 du deuxième rectangle élémentaire est perpendiculaire à la direction X.
De préférence, le rapport de forme A2/B2 du deuxième rectangle élémentaire est compris de 2 à 6.
Un autre objet de l’invention porte sur une méthode de fabrication d’un profilé en alliage d’aluminium comprenant les étapes suivantes successives :
(a) on coule une forme brute en alliage d’aluminium 2XXX ou 7XXX,
(b) optionnellement on homogénéise ladite forme brute,
(c) on déforme à chaud par filage ladite forme brute de façon à obtenir un profilé en aluminium (1 ) repéré dans un repère orthogonal (X, Y, Z), où Y est la direction de filage, et dont la section transversale présente une âme et au moins un flanc. Ladite âme se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un premier rectangle élémentaire de dimensions A1 , B1 avec un rapport de forme A1/B1 compris de 4 à 50, où A1 est la dimension la plus grande et est parallèle à X, avec A1 compris de 100 mm à 500 mm, et B1 est parallèle à Z et compris de 10 à 50 mm, et ledit au moins un flanc se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un deuxième rectangle élémentaire de dimension A2, B2 où A2 est la dimension la plus grande, et tel que la dimension en mm du deuxième rectangle élémentaire perpendiculaire à la direction X du premier rectangle élémentaire est supérieure ou égale à 1.2 *B1 ,
(d) on met en solution ledit profilé en aluminium (1 ) puis on le trempe par immersion selon le premier objet de l’invention portant sur une méthode de traitement thermique de mise en solution-trempe,
(e) on fractionne de façon contrôlée ledit profilé en aluminium mis en solution-trempé,
(f) optionnellement on effectue un dressage ou une mise en forme dudit produit filé fractionné,
(g) on réalise un revenu dudit produit filé fractionné.
De préférence, l’alliage d’aluminium 7XXX est un alliage désigné selon la norme AA7075 ou AA7175 ou AA7010 ou AA7050 ou AA7349 ou AA7449. De préférence, l’alliage d’aluminium 7XXX est un alliage de composition en poids % Zn 5 - 9 ; Mg 2 - 3 ; Cu 1 - 3 ; au moins un élément choisi parmi Cr, Mn, Zr, Ti, la teneur de l’élément, s’il est choisi, étant Ti 0,01 - 0,15 ; Cr 0,01 - 0,3 ; Mn 0,01 - 0,3 ; Zr 0,01 - 0,18 ; Fe < 0,5 ; Si < 0,2 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.
De préférence, l’alliage d’aluminium 7XXX est un alliage de composition en poids % Zn 5 - 6,5 ; Mg 2 - 3 ; Cu 1 ,2 - 2 ; au moins un élément choisi parmi Cr, Mn, Zr, Ti, la teneur de l’élément, s’il est choisi, étant Ti 0,01 - 0,15 ; Cr 0,01 - 0,3 ; Mn 0,01 - 0,3 ; Zr 0,01 - 0,18 ; Fe < 0,5 ; Si < 0,2 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.
De préférence, l’alliage d’aluminium 2XXX est un alliage Al-Cu-Li désigné selon la norme AA2065 ou AA2195 ou AA2295 ou AA2196 ou AA2296 ou AA2076 ou AA2099 ou AA2199.
De préférence, l’alliage d’ aluminium est un alliage Al-Cu-Li de composition en poids % Cu 1 - 5 ; Li 0,5 - 2 ; Mg 0 - 4 ; Ag 0 - 0,7 ; Zn 0 - 1 ; et au moins un élément choisi parmi Zr, Mn, Cr, Sc, Hf et Ti, la quantité dudit élément, s’il est choisi, étant de 0,04 à 0,20 % en poids pour Zr, 0,05 à 0,8 % en poids pour Mn, 0,05 à 0,3 % en poids pour Cr et pour Sc, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et de 0,01 à 0,15 % en poids pour Ti, Si < 0,1 ; Fe < 0,1 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.
De préférence, l’alliage d’aluminium est un alliage Al-Cu-Li de composition en poids % Cu 2,3 - 3,3 ; Li 1 ,4 - 2,1 ; Mg 0,2 - 0,8 ; Ag 0,2 - 0,6 ; Zn < 0,35 ; Mn < 0,45 ; Zr 0,04 - 0,18 ; Ti < 0,10 ; Fe < 0,15 ; Si < 0,12 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.
Un autre objet de l’invention est un profilé en alliage d’aluminium Al-Cu-Li, susceptible d’être obtenu par la méthode de fabrication et où l’alliage d’aluminium est un alliage Al- Cu-Li de composition en % en Cu 2,3 - 3,3 ; Li 1 ,4 - 2,1 ; Mg 0,2 - 0,8 ; Ag 0,2 - 0,6 ; Zn < 0,35 ; Mn < 0,45 ; Zr 0,04 - 0,18 ; Ti < 0,10 ; Fe < 0,15 ; Si < 0,12 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium. Le profilé est repéré dans un repère orthogonal (X, Y, Z), où Y est la direction de filage, et dont la section transversale présente une âme et au moins un flanc. Ladite âme se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un premier rectangle élémentaire de dimensions A1 , B1 avec un rapport de forme A1/B1 compris de 4 à 50, où A1 est la dimension la plus grande et est parallèle à X, avec A1 compris de 100 mm à 500 mm, et B1 est parallèle à Z et compris de 10 à 50 mm, et ledit au moins un flanc se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un deuxième rectangle élémentaire de dimension A2, B2 où A2 est la dimension la plus grande, et tel que la dimension du deuxième rectangle élémentaire perpendiculaire à la direction X du premier rectangle élémentaire est supérieure ou égale à 1.2 *B1.
Le profilé en alliage d’aluminium Al-Cu-Li se caractérise par le fait que l’écart (en %) de limite d’élasticité mesurée dans le sens L, correspondant à la direction de filage Ÿ est inférieur à 18 % en valeur absolue quelle que soit la position dans la section transversale du profilé.
De préférence, le profilé en alliage d’aluminium Al-Cu-Li est tel que la déformation maximale mesurée dans le sens de filage est inférieure à 200 pm/m, de préférence 150 pm/m dans toute zone de l’âme, telle que ladite zone de l’âme n’est pas en contact avec un flanc. La déformation est mesurée à l’aide d’une jauge de déformation positionnée à une extrémité de l’âme dans la direction de filage Ÿ lors d’un usinage successif réduisant la dimension de l’âme parallèle à la direction X en partant du côté opposé à la jauge après que tous les flancs dépassant de l’âme ont été usinés.
Un autre objet de l’invention est un profilé en alliage d’aluminium 7XXX, susceptible d’être obtenu par la méthode de fabrication et où l’alliage d’aluminium est un alliage 7XXX de composition en poids % Zn 5 - 9 ; Mg 2 - 3 ; Cu 1 - 3 ; au moins un élément choisi parmi Cr, Mn, Zr, Ti, la teneur de l’élément, s’il est choisi, étant Ti 0,01 - 0,15 ; Cr 0,01 - 0,3 ; Mn 0,01 - 0,3 ; Zr 0,01 - 0,18 ; Fe < 0,5 ; Si < 0,2 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium. De préférence, l’alliage d’aluminium est un alliage de composition en poids % Zn 5 - 6,5 ; Mg 2 - 3 ; Cu 1 ,2 - 2 ; au moins un élément choisi parmi Cr, Mn, Zr, Ti, la teneur de l’élément, s’il est choisi, étant Ti 0,01 - 0,15 ; Cr 0,01 - 0,3 ; Mn 0,01 - 0,3 ; Zr 0,01 - 0,18 ; Fe < 0,5 ; Si < 0,2 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium. Le profilé est repéré dans un repère orthogonal (X, Y, Z), où Y est la direction de filage, et dont la section transversale présente une âme et au moins un flanc. Ladite âme se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un premier rectangle élémentaire de dimensions A1 , B1 avec un rapport de forme A1/B1 compris de 4 à 50, où A1 est la dimension la plus grande et est parallèle à X, avec A1 compris de 100 mm à 500 mm, et B1 est parallèle à Z et compris de 10 à 50 mm, et ledit au moins un flanc se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un deuxième rectangle élémentaire de dimension A2, B2 où A2 est la dimension la plus grande, et tel que la dimension du deuxième rectangle élémentaire perpendiculaire à la direction X du premier rectangle élémentaire est supérieure ou égale à 1 ,2 *B1. Le profilé en alliage d’aluminium 7XXX se caractérise par le fait que l’écart (en %) de limite d’élasticité mesurée dans le sens L, correspondant à la direction de filage Ÿ est inférieur à 18 % en valeur absolue, de préférence 10 %, quelle que soit la position dans la section transversale du profilé.
De préférence, le profilé en alliage d’aluminium 7XXX est tel que la déformation maximale mesurée dans le sens de filage est inférieure à 200 pm/m dans toute zone de l’âme, telle que ladite zone de l’âme n’est pas en contact avec un flanc. La déformation est mesurée à l’aide d’une jauge de déformation positionnée à une extrémité de l’âme dans la direction de filage Ÿ lors d’un usinage successif réduisant la dimension de l’âme parallèle à la direction X en partant du côté opposé à la jauge après que tous les flancs dépassant de l’âme ont été usinés.
Figures
La Figure 1 représente le principe de décomposition d’une section de profilés en rectangle(s) élémentaire (s) selon la norme EN2066-2022.
La Figure 2 représente un profilé en J.
La Figure 3 représente le cas d’un profilé trempé selon le principe de l’invention. La Figure 3 a) représente la vue en perspective d’un profilé (1 ) avec une âme (2) et deux flancs (3) et (3’). La Figure 3 b) représente la section transversale décomposée en rectangles élémentaires. La figure 3 c) représente la vue en perspective du profilé au- dessus de la surface du liquide du bac de trempe selon un mode de réalisation.
La Figure 4 représente la projection de la Figure 3 c) dans le plan défini par la direction de filage Ÿ et la normale N à la surface du liquide (100) du bac de trempe.
La Figure 5 représente la section transversale du profilé des exemples 1 et 2, ainsi que sa décomposition en rectangles élémentaires
La Figure 6 représente le positionnement d’un profilé sur une civière (40) correspondant au positionnement lors de l’étape de trempe du cas référence (cas C de l’exemple 1 ).
La Figure 7 représente le positionnement d’un profilé sur une civière correspondant à un mode de réalisation selon l’invention (cas D de l’exemple 1 ou cas E de l’exemple 3).
La Figure 8 représente un principe de réalisation du procédé de mise en solution trempe selon l’invention.
La Figure 9 représente un mode de réalisation permettant l’immersion du profilé sur une civière selon un angle alpha avec un système d’élingues. La Figure 10 représente la vue en coupe d’un profilé immergé dans le bac de trempe selon le positionnement de la Figure 6 (référence).
La Figure 11 représente la vue en coupe d’un profilé immergé dans le bac de trempe selon le positionnement de la Figure 7 (invention).
La Figure 12, la Figure 13, la Figure 14, la Figure 15 et la Figure 16 représentent les étapes de la méthode de mesure de la déformation permettant de rendre compte de l’aptitude à l’usinage du profilé.
La Figure 17 représente l’évolution de la déformation mesurée en fonction du positionnement dans l’âme usinée, en utilisant la méthode décrite dans les Figure 12 à Figure 16 pour le profilé Al-Cu-Li décrit en Figure 5, après une trempe selon le mode de référence ou selon le mode de l’invention selon les conditions de l’exemple 1.
La Figure 18 représente la section transversale du profilé 7XXX des exemples 3 et 4, ainsi que sa décomposition en rectangles élémentaires.
La Figure 19 représente l’évolution de la déformation mesurée en fonction du positionnement dans l’âme usinée, en utilisant la méthode décrite dans les Figure 12 à Figure 16 pour le profilé 7XXX décrit en Figure 18 et transformé selon les conditions de l’exemple 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. L’expression 1 ,4 Cu signifie que la teneur en cuivre exprimée en % en poids est multipliée par 1 ,4. 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.
Les caractéristiques mécaniques statiques en traction, en d’autres termes la résistance à la rupture Rm, la limite d’élasticité conventionnelle à 0,2 % d’allongement Rp0,2, et l’allongement à la rupture A%, sont déterminés par un essai de traction selon la norme NF EN ISO 6892-1 , le prélèvement et le sens de l’essai étant définis par la norme EN 485-1.
On considère selon l’invention un profilé 1 comprenant une âme et au moins un flanc. La Figure 3 représente le cas d’un profilé avec une âme 2 et deux flancs 3 et 3’. Cette illustration est présentée pour comprendre l’invention et n’est pas limitative, le profilé pouvant contenir 1 flanc ou plus de 2 flancs. L’âme peut se décomposer (Figure 3 b) selon la norme EN2066-2022 en au moins un premier rectangle élémentaire 20 de dimensions A1 , B1 où A1 est la plus grande dimension.
Les dimensions A1 et B1 sont telles que A1 est compris de 100 mm à 500 mm et B1 compris de 10 à 50 mm et un rapport de forme A1/B1 compris de 4 à 50. De préférence, la dimension A1 est au moins de 150 mm, ou 200 mm et au plus de 400 mm ou 350 mm. De préférence, B1 est au moins de 15 mm ou 20 mm et au plus de 40 mm ou 30 mm. Si la dimension B1 est inférieure à 10 mm, l’invention ne présente pas d’avantage. De préférence, le rapport A1/ B1 est au moins 6, ou 8 et au plus de 40 ou 30.
On définit un repère (X, Y, Z) tel que la dimension A1 est parallèle à la direction X , la direction Y est parallèle à la direction de filage et la dimension B1 est parallèle à la direction Z.
Chaque flanc peut se décomposer selon la norme EN2066 -2022 en un deuxième rectangle élémentaire (30 et 30’ Figure 3 b)) de dimensions A2, B2 et A2’, B2’ où A2 et A2’ sont les dimensions les plus grandes. Selon l’invention, on considère que le premier rectangle élémentaire (de l’âme) et le deuxième rectangle élémentaire (du flanc) sont adjacents ou sécants.
Selon l’invention, on utilise le terme « premier rectangle élémentaire » pour un rectangle élémentaire définissant l’âme et « deuxième rectangle élémentaire » pour un rectangle élémentaire définissant un flanc.
Selon l’invention, la dimension du au moins deuxième rectangle élémentaire, qui est perpendiculaire à la direction X du premier rectangle élémentaire, est supérieure ou égale à 1 .2 * B1 , de préférence 1 ,5*B1 ou 2*B1 , voire 2.2*B1 . Dans le cas représenté à la Figure 3, les dimensions A2 et A2’ sont perpendiculaires à la direction X du premier rectangle élémentaire 20.
Il est possible que l’âme puisse être décrite par plusieurs premiers rectangles élémentaires. Dans le cas où l’âme peut être décrite par plus d’un rectangle élémentaire (A1 , B1 ), (A1 ’, B1 ’)... la valeur B1 à considérer correspond à la valeur maximale (B1 , B1 ’, ...) des premiers rectangles élémentaires (de l’âme) adjacents ou sécants au flanc considéré.
Dans le cas où l’âme peut être décrite par plus d’un premier rectangle élémentaire, on considère qu’au moins un premier rectangle élémentaire satisfait aux conditions de dimensions mentionnées. De préférence la dimension d’au moins un deuxième rectangle élémentaire perpendiculaire à la direction X du premier rectangle élémentaire de l’âme correspond à la dimension A2. De préférence le rapport de forme (A2/B2 ou A27B2’ ou ...) d’au moins un deuxième rectangle élémentaire (flanc 20, 20’, 20”...) est compris de 2 à 6.
La méthode de traitement thermique de mise en solution-trempe pour un profilé en alliage d’aluminium selon l’invention comprend une mise en solution et une tempe par immersion. Les présents inventeurs ont constaté qu’il était possible d’améliorer l’aptitude à l’usinage de profilés en alliage d’aluminium, en particulier en alliage d’aluminium de la série 2xxx ou 7xxx, en particulier en alliage Al-Cu-Li, en agissant sur le positionnement de l’âme du profilé au moment de la trempe par immersion. L’impact de la trempe sur les propriétés et l’aptitude à l’usinage est exacerbé si la plus grande dimension de l’âme est importante, typiquement si A1 est supérieure à 150 mm.
La surface du liquide de trempe au repos est considérée comme un plan de normale N.
Les inventeurs ont constaté qu’il était néfaste d’orienter verticalement l’âme du profilé par rapport à la surface de liquide au moment de la trempe. On entend par « orienter verticalement l’âme du profilé » le fait que la direction X parallèle à la grande dimension de l’âme du profilé, est orientée sensiblement parallèlement à la normale de la surface de liquide de trempe. Cette pratique présente cependant l’avantage de pouvoir traiter un nombre plus important de profilés en même temps. En effet, pour des raisons d’encombrement, pour une surface de liquide donnée il est possible d’immerger un nombre plus important de profilés lorsque ceux-ci sont positionnés avec leur âme verticale.
Selon l’invention, on entend qu’une direction est « sensiblement parallèle » à une autre direction si ces deux directions sont identiques ou forment un angle de moins de 10°, préférentiellement moins de 5°.
Les inventeurs ont constaté qu’il était avantageux au contraire que l’âme soit positionnée sensiblement horizontalement par rapport à la surface du liquide de trempe. On entend par « orienter horizontalement l’âme du profilé » le fait que la direction X parallèle à la grande dimension de l’âme est orientée sensiblement perpendiculairement à la normale Jv.de la surface du liquide. Selon l’invention, on entend qu’une direction est sensiblement perpendiculaire à une autre si l’angle entre ces deux directions est 90° +/- 10°, de préférence +/- 5°.
Les inventeurs ont constaté en effet qu’il était possible de réduire les contraintes résiduelles mesurées dans le profilé si le plan (Y, Z) du profilé est sensiblement parallèle à la normale N de la surface du liquide de trempe. Cette disposition correspond à « orienter horizontalement l’âme du profilé ». Selon l’invention, on entend qu’un plan est « sensiblement parallèle » à une direction si la normale à ce plan forme un angle compris de 80° à 90°, de préférence de 85° à 90° avec ladite direction.
Les inventeurs ont mis au point une méthode de mesure pour rendre compte du niveau de contraintes résiduelles au sein d’un profilé. En effet, on ne peut pas utiliser simplement les méthodes classiques de mesures développées pour les produits laminés. En effet, certaines méthodes ne permettent de mesurer que la déformation en surface comme la méthode dite du trou, utilisant le perçage d’un petit trou dans le matériau et la mesure de la déformation induite ou la méthode par rayons X. La méthode dite du barreau, décrite dans la demande EP 0731185 par exemple, permet de mesurer les contraintes résiduelles à cœur de produits laminés. Elle est basée sur la mesure de la déformation au cours d’un usinage incrémental dans la direction de l’épaisseur du produit laminé. Cette méthode n’est pas adaptée aux profilés dont les contraintes résiduelles varient dans la section du profilé.
Les inventeurs ont mis au point une méthode qui mesure la déformation au cours d’un usinage incrémental et qui utilise le même principe que la méthode du barreau. Comme pour la méthode du barreau, plus la déformation est importante, plus les contraintes résiduelles (aussi appelées contraintes internes) sont importantes. La déformation est mesurée à l’aide d’une jauge de déformation positionnée à une extrémité de l’âme dans la direction de filage Ÿ. Elle est collée sur la face (Z, Ÿ). La déformation est mesurée lors d’un usinage successif réduisant la dimension de l’âme parallèle à la direction X en partant du côté opposé à la jauge après que les parties des flancs dépassant de l’âme ont été usinées. Cela revient à réduire la dimension A1 de l’âme par usinage successif. La déformation est mesurée après une passe d’usinage. La méthode de mesure est décrite plus en détail dans l’exemple 2. La mesure est de préférence réalisée jusqu’à ce que la dimension de l’âme parallèle à la direction X restante soit voisine de 25 mm. En effet les inventeurs pensent que si la dimension de l’âme restante est inférieure à 25 mm, la déformation mesurée peut être surestimée du fait d’un manque de rigidité de l’âme. Les inventeurs pensent qu’une déformation mesurée dans le sens de filage Ÿ inférieure à 200 pm/m, de préférence 150 pm/m dans toute zone de l’âme n’étant pas en contact avec un flanc et située à plus de 25 mm de l’extrémité de l’âme où la jauge est collée, permet d’avoir un bon comportement à l’usinage, c’est-à-dire une déformation en sabre limitée du profilé pendant l’usinage. Typiquement, la flèche mesurée sur une longueur usinée de 2 m, voire 6 m est inférieure à 3 mm. Les inventeurs pensent que cette disposition selon l’invention permet de tremper quasiment simultanément l’ensemble du profilé ce qui est bénéfique vis-à-vis de l’homogénéité des propriétés au sein de la section du profilé et à la réduction des contraintes internes.
Avantageusement, le profilé est incliné au moment d’être immergé et pendant l’immersion (Figure 4). Cela permet une meilleure immersion et surtout une meilleure évacuation des éventuelles bulles de caléfaction formées à la surface du profilé pendant le début de la trempe. Avantageusement, la direction de filage Ÿ du profilé forme un angle alpha avec la direction N, correspondant à la direction normale de la surface du liquide de trempe, tel que l’angle alpha (en degré) est strictement inférieur à 90°, préférentiellement d’au moins 70° ou 75° ou 80° et préférentiellement d’au plus 89°, 88° ou 87°.
Les profilés en alliage d’aluminium sont fabriqués selon un procédé bien connu comprenant une étape de coulée, de préférence une étape d’homogénéisation, une étape de réchauffage, une étape de filage, une étape optionnelle de mise à longueur, une étape de mise en solution, une étape de trempe, une étape de détensionnement par traction, une étape optionnelle de dressage, une étape de revenu. L’étape de trempe considérée ici par l’invention est une étape de trempe par immersion. Elle consiste à plonger les profilés dans un liquide le plus rapidement possible après la fin du traitement thermique de mise en solution. Les profilés sont usuellement maintenus à l’aide d’élingues ou positionnés sur une civière elle-même soutenue par des élingues pouvant être immergée dans un bac de trempe.
Dans le procédé de fabrication d’un profilé selon l’invention, on coule une forme brute en alliage d’aluminium 2XXX ou 7XXX, de préférence un alliage Al-Cu-Li. De préférence, la forme brute est une billette. Il est possible que la forme brute soit une plaque dans laquelle une forme cylindrique pourra être prélevée.
De préférence, l’alliage d’aluminium 2XXX a une composition correspondant à un alliage AlCuLi. Des alliages d’aluminium 2XXX avantageux pour réaliser l’invention sont notamment les alliages AA2065, AA2195, AA2295, AA2196, AA2296, AA2076, AA2099, AA2199. Les alliages AA2196, AA2296, AA2076 sont particulièrement préférés.
De préférence, l’alliage d’aluminium 2XXX a une composition correspondant à un alliage Al-Cu-Li de composition en % en poids Cu 1 - 5 ; Li 0,5 - 2 ; Mg 0 - 4 ; Ag 0 - 0,7 ; Zn 0 - 1 ; et au moins un élément choisi parmi Zr, Mn, Cr, Sc, Hf et Ti, la quantité dudit élément, s’il est choisi, étant de 0,04 à 0,20 % en poids pour Zr, 0,05 à 0,8 % en poids pour Mn, 0,05 à 0,3 % en poids pour Cr et pour Sc, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et de 0,01 à 0,15 % en poids pour Ti, Fe < 0,1 ; Si < 0,1 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.
De préférence, l’alliage d’aluminium 2XXX est un alliage Al-Cu-Li de composition en poids % Cu 2,3 - 3,3 ; Li 1 ,4 - 2,1 ; Mg 0,2 - 0,8 ; Ag 0,2 - 0,6 ; Zn < 0,35 ; Mn < 0,45 ; Zr 0,04 - 0,18 ; Ti <,0,10 ; Fe <,0,15 ; Si < 0,12 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.
De préférence, l’alliage d’aluminium 2XXX est un alliage Al-Cu-Li de composition en poids % Cu 2,8 - 3,2 ; Li 1 ,6 - 1 ,8 ; Mg 0,2 - 0,5 ; Ag 0,2 - 0,4 ; Zn < 0,15 ; Mn 0,2 - 0,4 ; Zr 0,04 - 0,18 ; Ti 0,02 - 0,10 ; Fe < 0,15 ; Si < 0,12 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.
Des alliages d’aluminium 7XXX avantageux pour réaliser l’invention sont notamment les alliages AA7075 ou AA7175 ou AA7010 ou AA7050 ou AA7349 ou AA7449.
De préférence, l’alliage 7XXX a une composition en poids % Zn 5 - 9 ; Mg 2 - 3 ; Cu 1 - 3, au moins un élément choisi parmi Cr, Mn, Zr, Ti, la teneur de l’élément, s’il est choisi, étant Ti 0,01 - 0,15 ; Cr 0,01 - 0,3 ; Mn 0,01 - 0,3 ; Zr 0,01 - 0,18 ; Fe < 0,5 ; Si < 0,2 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.
De préférence, l’alliage d’aluminium 7XXX est un alliage de composition en poids % Zn 5 - 6,5 ; Mg 2 - 3 ; Cu 1 ,2 - 2 ; au moins un élément choisi parmi Cr, Mn, Zr, Ti, la teneur de l’élément, s’il est choisi, étant Ti 0,01 - 0,15 ; Cr 0,01 - 0,3 ; Mn 0,01 - 0,3 ; Zr 0,01 - 0,18 ; Fe < 0,5 ; Si < 0,2 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.
La forme brute ainsi obtenue est de préférence homogénéisée. La température d'homogénéisation est de préférence comprise de 470 °C à 540 °C pendant 5 à 60 heures. De manière préférée, pour un alliage AlCuLi, la température d’homogénéisation est comprise de 500 °C à 530 °C. Après homogénéisation, la forme brute 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 initiale de déformation de préférence comprise de 350 °C à 500 °C, de préférence de 380 °C à 500 °C, de préférence de 400 °C à 500 °C pour un alliage AlCuLi voire de manière préférée de l’ordre de 450 °C à 480 °C permettant la déformation de la forme brute. L’étape de réchauffage peut aussi faire office d’étape d’homogénéisation si celle-ci n’est pas réalisée au préalable.
La déformation à chaud est faite par filage de façon à obtenir un profilé avec une âme, avec au moins un flanc. Dans le contexte de l’invention, la section transversale du produit filé peut être décrite à partir de rectangles élémentaires selon les recommandations de la norme EN2066-2022 comme défini précédemment dans la description.
Les conditions de filage (vitesse et température) sont déterminées empiriquement afin d’assurer une bonne productivité tout en garantissant une qualité de surface et l’absence de défauts. Les vitesses et températures exactes d'extrusion dépendent de la taille de la billette de départ, la taille et la forme de la section filée, le nombre d'ouvertures de filière, la capacité de la presse de filage, la méthode de filage (directe ou indirecte), paramètres bien connus de l’homme du métier.
Le produit filé ainsi obtenu est ensuite mis en solution et trempé selon la méthode de traitement thermique de mise en solution trempe selon l’invention. Avantageusement la mise en solution est effectuée à une température comprise de 400 à 550 °C environ, pendant 5 min à 15 h, de préférence de 440 à 540 °C. La durée peut être comprise avantageusement de 15 min à 10 h.
La trempe est effectuée par immersion dans un bac rempli de liquide. Le liquide peut être de l’eau, une solution aqueuse, ou toute autre liquide adapté. La température du liquide est de préférence thermorégulée de 15 °C à 30 °C, de préférence de 20 °C à 25 °C.
Les inventeurs ont trouvé qu’il était bénéfique que le plan (Y, Z) du profilé soit sensiblement parallèle à la normale N de la surface du liquide au moment de l’immersion du profilé dans le liquide contenu dans le bac de trempe (Figure 3). De préférence, le profilé est maintenu immergé dans le liquide dans cette position. De préférence pendant une durée pouvant durer au moins environ 30 secondes. La durée d’immersion totale est typiquement comprise de 30s à 1 heure, de préférence de 1 minute à 30 minutes.
Cette disposition permet d’avoir une immersion complète plus rapide de la section du profilé et permet de réduire les gradients thermiques entre le haut et le bas de l’âme (c’est à dire le gradient thermique dans la direction X). Les inventeurs pensent que cela est favorable car cela permet de réduire le gradient de contraintes résiduelles dans la hauteur de l’âme (A1 ). En présence d’au moins un flanc, les inventeurs pensent que cette disposition permet d’immerger le plus vite possible au moins une partie du flanc afin de refroidir par conductivité thermique le plus vite possible la jonction entre l’âme et le flanc. Cela limite les gradients thermiques. Les inventeurs pensent qu’ainsi les contraintes résiduelles dans la direction Ÿ sont moins élevées. Cet effet reste valable si le profilé comprend au moins deux flancs ou plus. Il est préférable d’immerger quasiment en même temps tous les flancs et l’âme de telle sorte à limiter les gradients thermiques entre l’âme et les flancs mais aussi entre chacun des flancs. En plus de la réduction des gradients de contraintes résiduelles après trempe, la réduction des gradients thermiques permet d’obtenir une bonne homogénéité des propriétés mécaniques au sein de la section, ce qui est avantageux en soi, et qui améliore aussi l’efficacité du détensionnement et réduit les contraintes résiduelles après détensionnement. Tout cela permet de réduire les niveaux de contraintes résiduelles dans la direction Y qui sont à l’origine de la flèche observée après usinage dans la direction de filage Y, aussi appelée sabre.
On parle de déformation en sabre par exemple lorsque si on pose la semelle d’un profilé sur un marbre avec la direction X de la section du profilé orientée perpendiculairement à la surface du marbre, la semelle du profilé ne touche pas le marbre à certains endroits dans la direction de filage Y. Le sabre est défini par la hauteur de la flèche correspondant à la distance maximum entre la surface du marbre et la semelle du profilé. Cette hauteur de flèche est mesurée dans la direction X.
De préférence, le profilé est incliné au moment de l’immersion, de tel sorte que la direction Y, correspondant à la direction de filage du profilé, forme un angle alpha avec la direction N de la surface du liquide, et tel que l’angle alpha (en degré) soit strictement inférieur à 90° et de préférence supérieure ou égale à 70°. De préférence, l’angle alpha est tel que 70°< angle alpha < 90°, ou 70°< angle alpha < 87° ou 75°< angle alpha < 87° ou 80°< angle alpha < 87° afin que les bulles de caléfactions ne restent pas piégées au niveau du (des) flanc(s). L’évacuation des bulles favorise les échanges thermiques et consécutivement améliore la vitesse de trempe ce qui est bénéfique pour les propriétés mécaniques et l’homogénéité des propriétés dans la section du profilé.
Le produit filé ainsi mis en solution et trempé subit ensuite une traction contrôlée, aussi appelée détensionnement, de préférence de 1 à 5 % et préférentiellement d’au moins 2 % en valeur de déformation plastique. Des étapes connues telles que le dressage ou la mise en forme peuvent être optionnellement réalisées avant ou après la traction contrôlée.
Un revenu est réalisé préférentiellement à une température comprise de 100 à 190 °C pendant 5 à 100 h préférentiellement de 120 à 185 °C pendant 12 h à 40 h.
Les inventeurs ont trouvé qu’un procédé tel que décrit ci-dessus permet de réduire les hétérogénéités de limite d’élasticité mesurée dans le sens L dans la section transversale du profilé et d’améliorer l’aptitude à l’usinage. Les inventeurs attribuent ces améliorations au fait que la méthode de trempe permet de refroidir quasiment simultanément l’ensemble du profilé ce qui est bénéfique vis-à-vis de l’homogénéité des propriétés. Cela permet de réduire les contraintes résiduelles après la trempe et d’avoir des propriétés mécaniques homogènes lors du détensionnement, ce qui est bénéfique pour réduire les contraintes résiduelles et améliorer l’usinabilité du profilé à l’état revenu.
Cet effet bénéfique de la méthode de trempe est observé aussi bien sur des produits en alliage 2XXX, en particulier en Al-Cu-Li que des produits en alliage 7XXX.
En particulier, sur un profilé en alliage d’aluminium Al-Cu-Li de composition en poids % Cu 2,3 - 3,3 ; Li 1 ,4 - 2,1 ; Mg 0,2 - 0,8 ; Ag 0,2 - 0,6 ; Zn < 0,35 ; Mn < 0,45 ; Zr 0,04 - 0,18 ; Ti < 0,10 ; Fe < 0,15 ; Si < 0,12 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium , avec une âme 2 et au moins un flanc (3, 3’), ladite âme 2 se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un premier rectangle élémentaire 20 de dimensions A1 , B1 avec un rapport de forme A1/B1 compris de 4 à 50, où A1 est la dimension la plus grande et est parallèle à X, avec A1 compris de 100 mm à 500 mm, et B1 est parallèle à Z et compris de 10 à 50 mm, et le au moins un flanc (3, 3’) se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un deuxième rectangle élémentaire 30 de dimension A2, B2 où A2 est la dimension la plus grande, et tel que la dimension en mm du deuxième rectangle élémentaire perpendiculaire à la direction X du premier rectangle élémentaire est supérieure ou égale à 1 ,2 *B1 présente un écart (en %) de limite d’élasticité mesurée dans le sens L inférieur à 18 % en valeur absolue quelle que soit la position dans la section transversale du profilé.
De préférence, l’alliage d’aluminium 2XXX est un alliage Al-Cu-Li de composition en poids % Cu 2,8 - 3,2 ; Li 1 ,6 - 1 ,8 ; Mg 0,2 - 0,5 ; Ag 0,2 - 0,4 ; Zn< 0,15 ; Mn 0,2 - 0,4 ; Zr 0,04 - 0,18 ; Ti 0,02 - 0,10 ; Fe < 0,15 ; Si < 0,12 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.
L’effet bénéfique de la trempe selon l’invention est aussi caractérisé sur un profilé en alliage 7XXX de composition en poids % Zn 5 - 9, Mg 2 - 3, Cu 1 - 3, au moins un élément choisi parmi Cr, Mn, Zr, Ti, la teneur de l’élément, s’il est choisi, étant Ti 0,01 - 0,15 ; Cr 0,1 - 0,3 ; Mn 0,01 - 0,3 ; Zr 0,01 - 0,18 ; Fe < 0,5 ; Si < 0,2 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium, avec une âme (2) et au moins un flanc (3, 3’), ladite âme (2) se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un premier rectangle élémentaire 20 de dimensions A1 , B1 avec un rapport de forme A1/B1 compris de 4 à 50, où A1 est la dimension la plus grande et est parallèle à X, avec A1 compris de 100 mm à 500 mm, et B1 est parallèle à Z et compris de 10 à 50 mm, et le au moins un flanc (3, 3’) se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un deuxième rectangle élémentaire 30 de dimension A2, B2 où A2 est la dimension la plus grande, et tel que la dimension en mm du deuxième rectangle élémentaire perpendiculaire à la direction X du premier rectangle élémentaire est supérieure ou égale à 1 ,2 *B1. Ledit profilé présente un écart (en %) de limite d’élasticité mesurée dans le sens L inférieur à 18 % en valeur absolue quelle que soit la position dans la section transversale du profilé, de préférence inférieur à 10 %.
De préférence, l’alliage d’aluminium 7XXX est un alliage de composition en poids % Zn 5 - 6,5 ; Mg 2- 3 ; Cu 1 ,2 - 2 ; au moins un élément choisi parmi Cr, Mn, Zr, Ti, la teneur de l’élément, s’il est choisi, étant Ti 0,01 - 0,15 ; Cr 0,01 - 0,3 ; Mn 0,01 - 0,3 ; Zr 0,01 - 0,18 ; Fe < 0,5 ; Si < 0,2 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.
Les inventeurs ont constaté que la déformation maximale mesurée lors d’un schéma d’usinage est diminuée lorsque le profilé en alliage 2XXX, de préférence Al-Cu-Li ou en alliage 7XXX est obtenu selon l’invention. Les inventeurs ont pu montrer que l’aptitude à l’usinage pouvait être corrélée à une mesure de la déformation dans la direction de filage Ÿ. Les inventeurs ont constaté qu’il était possible d’obtenir une déformation maximale en valeur absolue de la déformation mesurée dans le sens de filage Ÿ inférieure à 200 pm/m, de préférence 150 pm/m dans toute zone de l’âme n’étant pas en contact avec un flanc. Les inventeurs pensent que de tels niveaux de déformation permettent de réduire la déformation du profilé pendant l’usinage. En effet, les inventeurs pensent qu’obtenir une valeur de déformation inférieure à 200 pm/m, de préférence 150 pm/m selon le principe de la mesure décrite ci-après caractérise un profilé avec un faible niveau de contraintes internes.
La déformation est mesurée à l’aide d’une jauge de déformation positionnée à une extrémité de l’âme dans la direction de filage /. Elle est collée sur la face (Z, Ÿ). La déformation est mesurée lors d’un usinage successif réduisant la dimension de l’âme parallèle à la direction X en partant du côté opposé à la jauge après que les parties des flancs dépassant de l’âme ont été usinées. Cela revient à réduire la dimension A1 de l’âme par usinage successif. La déformation est mesurée après une passe d’usinage. La mesure est de préférence réalisée jusqu’à ce que la dimension de l’âme parallèle à la direction X est inférieure à 25 mm. Selon l’invention, on considère de préférence que la déformation mesurée dans le sens de filage Ÿ est inférieure à 200 pm/m, de préférence 150 pm/m dans toute zone de l’âme n’étant pas en contact avec un flanc et située à plus de 25 mm de l’extrémité de l’âme où la jauge est collée. La méthode de mesure est décrite plus en détail dans l’exemple 2. Le produit filé peut notamment être usiné pour obtenir un raidisseur de voilure, un raidisseur de fuselage, un cadre de fuselage, une poutre de plancher ou une traverse de plancher.
Exemples
Exemple 1
Deux billettes de diamètre 380 mm ont été coulées, avec une composition similaire (Tableau 1 ) correspondant à un alliage Al-Cu-Li selon l’invention. Les billettes ont subi un traitement d’homogénéisation d’environ 8 h à 524 °C. Ces billettes ont ensuite été réchauffées à une température d’environ 420 °C puis filées selon un procédé de filage inverse à une vitesse d’environ 1 ,2 m/min. Après filage, le profilé est découpé pour mise à longueur d’environ 15 m.
Le profilé présente une section avec une âme et trois flancs s’étendant symétriquement par rapport à l’âme (voir Figure 5). La section transversale du profilé est telle qu’il est possible de décomposer sa section en cinq rectangles élémentaires selon les recommandations de la norme EN 2066-2022 (Figure 5). L’âme est décrite par deux premiers rectangles élémentaires 20 et 20’, un premier rectangle élémentaire 20 de dimension A1 de 242 mm et de dimension B1 de 19 mm (rapport de forme 12,7), un autre premier rectangle élémentaire 20’ de dimension AT de 195 mm et de dimension BT de 21 mm. Les flancs sont décrits par trois deuxièmes rectangles élémentaires 30, 30’ et 30”. Un deuxième rectangle élémentaire 30 correspondant à la semelle du profilé de dimension A2 de 57 mm et de dimension B2 de 13 mm (rapport de forme 4.4), un autre deuxième rectangle élémentaire 30’ correspondant à un flanc de dimension A2’ de 53 mm et de dimension B2’ de 20 mm (rapport de forme 2,65) et un autre deuxième rectangle élémentaire 30” correspondant à un autre flanc de dimension A2” de 55 mm et de dimension B2” de 20 mm (rapport de forme 2,75) (voir Figure 5).
On note Ÿ la direction de filage. La direction parallèle à la longueur A1 et AT des rectangles élémentaires de l’âme 20 et 20’ est notée X et la direction parallèle à la dimension B1 et B1 ’ des rectangles élémentaires de l’âme 20 et 20’ est notée Z.
Pour chacun des flancs, la dimension A2, A2’ et A2” du rectangle élémentaire correspondant est perpendiculaire à la direction X et telle que la longueur des rectangles élémentaires correspondants est supérieure à 1.2 * BT. Plus précisément, on a pour le rectangle élémentaire 30, un rapport A2/B1 ’=57/21 = 2,7 ; pour le rectangle élémentaire 30’, un rapport A27BT = 53/21 =2,5 ; pour le rectangle élémentaire 30”, un rapport A27B1 ’=55/21 =2,6. On calcule le rapport A2/B1 ’ car BT est la dimension maximale des deux premiers rectangles élémentaires de l’âme qui interceptent les flancs 30, 30’ et 30” considérés.
Les profilés sont mis en solution à une température de 524 °C pendant 45 minutes et trempés dans un bac de trempe rempli d’eau maintenu à une température ambiante d’environ 20-30 °C selon le principe de la Figure 8. Les profilés sont positionnés sur une civière 40. Dans un cas correspondant au cas de référence, utilisé pour les profilés issus de la billette C, les profilés sont positionnés de telle sorte que le plan (Y, Z) soit perpendiculaire à la normale N de la surface du liquide au moment de la trempe, selon le principe des figures 6 et 10. Dans un autre cas correspondant à l’invention, utilisé pour les profilés issus de la billette D, les profilés sont positionnés de telle sorte que le plan (Y, Z ) soit parallèle à la normale N de la surface du liquide au moment de la trempe, selon le principe des figures 7 et 11. Il est possible d’utiliser des cales de façon à maintenir le profilé en position. Dans chacun des cas, la direction Y fait un angle alpha d’environ 84° par rapport à la normale N de la surface du liquide au moment de l’immersion et pendant l’immersion de telle sorte que les bulles de caléfaction puissent s’évacuer selon la direction de filage Y de l’âme. Cela est surtout intéressant pour le cas du positionnement selon l’invention (cas D).
Dans les deux cas, les profilés sont disposés sur une civière 40 pouvant aller dans le four de mise en solution 50 et dans le bac de trempe 10 (Figure 8). Un système de rail 60 peut faciliter le défournement 51 des profilés. Les profilés sont disposés sur la civière de telle sorte qu’au moment de l’immersion dans le bac de trempe, le plan (F , Z) soit perpendiculaire (référence) ou parallèle (invention) à la normale N de la surface du liquide au moment de la trempe. L’inclinaison de 84° du profilé selon l’invention est obtenue à l’aide d’un moyen de levage 70 et des pièces de levage, aussi appelées élingues : la civière est maintenue à l’aide d’élingues 70 et le moyen de levage est configuré de telle sorte à orienter la civière avec un angle d’environ 84° (Figure 9). L’inclinaison est maintenue pendant toute la durée d’immersion.
A l’issue de la trempe, les profilés ont ensuite été tractionnés à environ 3 % puis revenu à l’état T8 selon un traitement thermique de 30 h 152 °C.
Les propriétés mécaniques en traction ont été mesurées en différentes positions de la section (voir Figure 5) pour les deux cas. Les éprouvettes de traction ont été sollicitées dans le sens de filage. Les positions 1 , 2 et 3 sont localisées dans l’âme correspondant au rectangle élémentaire 20 et 20’ et les positions 3 et 4 sont localisées dans le flanc correspondant au rectangle élémentaire 30’. [Table 1] - Composition chimique en poids %
[Table 2] - Propriétés mécaniques en traction en différentes positions de la section.
Les inventeurs ont constaté une meilleure homogénéité des propriétés en traction au sein de la section du profilé trempé selon l’invention. On constate, en proportion, que la différence de limite d’élasticité mesurée entre deux positions est minimisée (en valeur absolue) quand le traitement de trempe est réalisé selon l’invention (voir Tableau 3).
[Table 3] - Ecart de limite d’élasticité en % entre différentes positions dans la section du profilé.
On mesure selon l’invention un écart (en %) de limite d’élasticité mesurée dans le sens L inférieur à 18 % en valeur absolue quelle que soit la position dans la section du profilé.
Exemple 2 Une méthode de mesure a été développée pour rendre compte de la propension du profilé à se déformer pendant l’usinage sur des profilés du même type que l’exemple 1 . Une longueur de 1 m de profilé pour chacun des cas testés a été considérée. Une jauge de déformation 200 unidirectionnelle de résistance nominale 120 Ohms, est collée dans la direction de filage Ÿ du profilé à mi-longueur de la longueur découpée sur la face inférieure de la semelle, à mi-distance des bords dans la direction ~Z (Figure 12).
Dans un premier temps, les flancs correspondants aux rectangles élémentaires 30, 30’ et 30” sont usinés en plusieurs étapes alternativement d’un côté et de l’autre pour que le profilé ne se déforme que très peu en sabre.
Les passes d’usinage (N°1 , N°2, ...) sont indiquées par les traits pointillés numérotés dans l’ordre sur la Figure 12. Le nombre de passes est de préférence ajusté pour avoir une profondeur de passe minimale de 1 mm et maximale de 4 mm afin de limiter la déformation du profilé. Une fois usinées les parties des flancs dépassant de l’âme, il ne reste plus que la partie de l’âme correspondant aux deux rectangles élémentaires 20 et 20’ déjà décrits dans l’exemple 1 (Figure 13). Une première mesure de la déformation est alors effectuée après avoir positionné le profilé sur des supports placés près des extrémités du profilé et la jauge est remise à zéro (Figure 14). L’âme est ensuite usinée de telle sorte à réduire la dimension A1 , puis A1 ’ en commençant par le côté opposé à la jauge (Figure 15). Les passes d’usinage sont au minimum de 1 mm et au maximum 4mm. La passe avant mesure est au minimum de 1 mm et au maximum de 2 mm. Périodiquement, à la fin d’un usinage après refroidissement du métal, la déformation est mesurée (Figure 16). La figure 16 illustre la déformation en sabre. La mesure est arrêtée lorsque la dimension A1 restante est inférieure à 25 mm. Les paramètres d’usinage sont choisis pour éviter échauffement pendant l’usinage et ainsi limiter la création de contraintes résiduelles locales lors de l’usinage.
La Figure 17 présente l’évolution de la déformation dans le sens de filage Ÿ mesurée par la jauge dans le cas d’une trempe selon l’invention ou selon la référence en fonction de la position de la passe, c’est-à-dire en fonction de la nouvelle côte A1 du morceau de profilé restant après usinage dans la direction X. La réduction de la côte A1 commence du côté opposé à la jauge. On observe un niveau de déformation plus faible en valeur absolue pour le profilé trempé selon l’invention. La différence est particulièrement visible dans la partie correspondant à la zone initialement sans flanc du profilé : au centre de cette partie (ordonnée=68mm), environ -120 pm/m sont mesurés par la jauge au lieu d’environ -200/-240 pm/m pour une trempe selon la référence. Les inventeurs considèrent que ce type de mesure permet de rendre compte de la plus faible propension du profilé à se déformer après usinage quand il est trempé selon l’invention. En effet, les déformations les plus problématiques lors de l’usinage de ce type de profilés sont les déformations par sabre (flèche dans la direction X résultant d’une déformation de la semelle dans la direction Ÿ différente des déformations du reste du profilé dans la direction Ÿ ce qui crée une flexion). C’est pourquoi l’essai proposé permet de classer les différents cas dans l’ordre de ce qu’il se passe lors de l’usinage d’un profilé avec une âme et un ou plusieurs flancs dans la direction de filage.
Exemple 3
Deux billettes de diamètre 372 mm ont été coulées, avec une composition similaire (Tableau 4) correspondant à un alliage 7xxx selon l’invention. Les billettes ont subi un traitement d’homogénéisation d’environ 4h 475 °C + 21 h 483 °C. Ces billettes ont ensuite été réchauffées à une température d’environ 385 °C puis filées selon un procédé de filage inverse à une vitesse d’environ 0,5 m/min. Après filage, le profilé est découpé pour mise à longueur d’environ 6 m.
Le profilé présente une section avec une âme et trois flancs s’étendant symétriquement par rapport à l’âme (voir Figure 18). La section transversale du profilé est telle qu’il est possible de décomposer sa section en cinq rectangles élémentaires selon les recommandations de la norme EN 2066-2022 (Figure 18). L’âme est décrite par deux premiers rectangles élémentaires 20 et 20’, un premier rectangle élémentaire 20 de dimension A1 de 246 mm et de dimension B1 de 22 mm (rapport de forme 11 ,2), un autre premier rectangle élémentaire 20’ de dimension AT de 198 mm et de dimension BT de 22 mm. Les flancs sont décrits par trois deuxièmes rectangles élémentaires 30, 30’ et 30”. Un deuxième rectangle élémentaire 30 correspondant à la semelle du profilé de dimension A2 de 59 mm et de dimension B2 de 17 mm (rapport de forme 3,5), un autre deuxième rectangle élémentaire 30’ correspondant à un flanc de dimension A2’ de 56 mm et de dimension B2’ de 18 mm (rapport de forme 3,1 ) et un autre deuxième rectangle élémentaire 30” correspondant à un autre flanc de dimension A2” de 56 mm et de dimension B2” de 21 mm (rapport de forme 2,8) (voir Figure 18). On note Ÿ la direction de filage. La direction parallèle à la longueur A1 et AT des rectangles élémentaires de l’âme 20 et 20’ est notée X et la direction parallèle à la dimension B1 et B1 ’ des rectangles élémentaires de l’âme 20 et 20’ est notée Z. Pour chacun des flancs, la dimension A2, A2’ et A2” du rectangle élémentaire correspondant est perpendiculaire à la direction X et telle que la longueur des rectangles élémentaires correspondants est supérieure à 1 ,2 * BT. Plus précisément, on a pour le rectangle élémentaire 30, un rapport A2/B1 ’=59/22 = 2,7 ; pour le rectangle élémentaire 30’, un rapport A27BT = 56/22=2,5 ; pour le rectangle élémentaire 30”, un rapport A2”/B1 ’=56/22 =2,5. On calcule le rapport A2/B1 ’ car BT est la dimension maximale des deux premiers rectangles élémentaires de l’âme qui interceptent les flancs 30, 30’ et 30” considérés.
Les profilés sont mis en solution à une température de 472 °C pendant 60 minutes et trempés dans un bac de trempe rempli d’eau maintenu à une température ambiante d’environ 20-25 °C selon le principe de la Figure 8. Les profilés sont positionnés sur une civière 40. Les profilés sont positionnés de telle sorte que le plan (Y , Z ) soit parallèle à la normale N de la surface du liquide au moment de la trempe, selon le principe des figures 7 et 11. La direction Ÿ fait un angle alpha d’environ 84° par rapport à la normale N de la surface du liquide au moment de l’immersion et pendant l’immersion de telle sorte que les bulles de caléfaction puissent s’évacuer selon la direction de filage Ÿ de l’âme.
A l’issue de la trempe, les profilés ont ensuite été tractionnés à environ 2 % puis revenu à l’état T79 selon un revenu bi-palier de 12h 120 °C + 6h 165 °C.
Les propriétés mécaniques en traction ont été mesurées en différentes positions de la section (voir Figure 18) en début de filage et en fin de filage. Les éprouvettes de traction ont été sollicitées dans le sens de filage. Les positions 1 , 2 et 3 sont localisées dans l’âme correspondant au rectangle élémentaire 20 et 20’ et les positions 3 et 4 sont localisées dans le flanc correspondant au rectangle élémentaire 30’.
[Table 4] - Composition chimique en poids %
[Table 5] - Propriétés mécaniques en traction en différentes positions de la section. [Table 6] - Ecart de limite d’élasticité en % entre différentes positions dans la section du profilé.
On mesure selon l’invention un écart (en %) de limite d’élasticité mesurée dans le sens L inférieur à 10 % en valeur absolue quelle que soient la position dans la section du profilé et la position dans la longueur du profilé.
Exemple 4
Un profilé 7XXX transformé selon l’invention selon des conditions similaires à celles de l’exemple 3 a été caractérisé pour rendre compte de la propension à se déformer pendant l’usinage. La même méthode que celle décrite dans l’exemple 2 a été utilisée pour cela.
La figure 19 présente l’évolution de la déformation dans le sens de filage Ÿ mesurée par la jauge selon le même principe de mesure que celui décrit dans l’exemple 2. On constate que le niveau de déformation du profilé 7XXX trempé selon le principe de l’invention est inférieur à 195 pm/m en valeur absolue quelle que soit la position dans l’âme.
Liste des références des dessins :
1 : profilé 50 : Four de mise en solution
2 : âme 51 : porte du four
3 : flanc 60 : rail
10 : bac de trempe 70 : Elingues
20 : Rectangle élémentaire âme 100 : surface du liquide de trempe
30 : rectangle élémentaire flanc 200 : jauge

Claims

REVENDICATIONS
1. Méthode de traitement thermique de mise en solution-trempe pour un profilé en alliage d’aluminium (1 ) 2XXX ou 7XXX, repéré dans un repère orthogonal X, Y, Z). Y est la direction de filage, et dont la section transversale dudit profilé comprend une âme (2) et au moins un flanc (3), ladite âme se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un premier rectangle élémentaire (20) de dimensions A1 , B1 avec un rapport de forme A1/B1 compris de 4 à 50, où A1 est la dimension la plus grande et est parallèle à X, avec A1 compris de 100 mm à 500 mm et B1 est parallèle à Z et compris de 10 à 50 mm, ledit au moins un flanc (3) se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un deuxième rectangle élémentaire (30) de dimensions A2, B2, où A2 est la dimension la plus grande, et tel que la dimension du deuxième rectangle élémentaire perpendiculaire à la direction X est supérieure ou égale à 1.2 * B1 (en mm), ladite méthode comprend les étapes suivantes :
(d1 ) le profilé en aluminium (1 ) est mis en solution à une température comprise de 400 °C à 550 °C environ pendant une durée d’environ 5 min à 15 h,
(d2) le profilé en aluminium (1 ) mis en solution est trempé dans un bac de trempe rempli de liquide (10), caractérisée en ce lors de l’étape (d2) le plan (F, Z), du profilé est sensiblement parallèle à la normale N à la surface du liquide (100).
2. Méthode de traitement thermique de mise en solution-trempe selon la revendication 1 où la direction de filage Y forme un angle alpha avec la normale N à la surface du liquide lorsque le profilé est immergé dans le bac de trempe rempli de liquide tel que la valeur de l’angle alpha en degré vérifie 70 °< angle alpha < 90°, de préférence 80° < angle alpha < 87°.
3. Méthode de traitement thermique de mise en solution-trempe selon la revendication 1 ou 2 où la plus grande dimension A2 du deuxième rectangle élémentaire (30) est perpendiculaire à la direction X.
4. Méthode de traitement thermique de mise en solution-trempe selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 où le rapport de forme A2/B2 du deuxième rectangle élémentaire (30) est compris de 2 à 6.
5. Méthode de fabrication d’un profilé en alliage d’aluminium comprenant les étapes suivantes successives :
(a) on coule une forme brute en alliage d’aluminium 2XXX ou 7XXX,
(b) optionnellement on homogénéise ladite forme brute,
(c) on déforme à chaud par filage ladite forme brute de façon à obtenir un profilé en aluminium (1 ) repéré dans un repère orthogonal X, Y, Z), où Y est la direction de filage, dont la section transversale présente une âme (2) et au moins un flanc (3) ladite âme (2) se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un premier rectangle élémentaire (20) de dimensions A1 , B1 avec un rapport de forme A1/B1 compris de 4 à 50, où A1 est la dimension la plus grande et est parallèle à X, avec A1 compris de 100 mm à 500 mm, et B1 est parallèle à Z et compris de 10 à 50 mm, et ledit au moins un flanc (3) se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un deuxième rectangle élémentaire (30) de dimension A2, B2 où A2 est la dimension la plus grande, et tel que la dimension en mm du deuxième rectangle élémentaire perpendiculaire à la direction X du premier rectangle élémentaire est supérieure ou égale à 1 .2 *B1 ,
(d) on met en solution ledit profilé en aluminium (1 ) puis on le trempe par immersion,
(e) on tractionne de façon contrôlée ledit profilé en aluminium mis en solution- trempé,
(f) optionnellement on effectue un dressage ou une mise en forme dudit produit filé tractionné,
(g) on réalise un revenu dudit produit filé tractionné, caractérisée en ce que l’étape (d) est réalisée selon l’une quelconque des revendications 1 à 4.
6. Méthode de fabrication d’un profilé en alliage d’aluminium selon la revendication 5 où l’alliage d’aluminium 7XXX est un alliage désigné selon la norme AA7075 ou AA7175 ou AA7010 ou AA7050 ou AA7349 ou AA7449.
7. Méthode de fabrication d’un profilé en alliage d’aluminium selon la revendication 5 où l’alliage d’aluminium 7XXX est un alliage de composition en poids % Zn 5 - 9 ; Mg 2 - 3 ; Cu 1 - 3 ; au moins un élément choisi parmi Cr, Mn, Zr, Ti, la teneur de l’élément, s’il est choisi, étant Ti 0,01 - 0,15 ; Cr 0,01 - 0,3 ; Mn 0,01 - 0,3 ; Zr 0,01 - 0,18 ; Fe < 0,5 ; Si < 0,2 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.
8. Méthode de fabrication d’un profilé en alliage d’aluminium selon la revendication 7 où l’alliage d’aluminium 7XXX est un alliage de composition en poids % Zn 5 - 6,5 ; Mg 2 - 3 ; Cu 1 ,2 - 2 ; au moins un élément choisi parmi Cr, Mn, Zr, Ti, la teneur de l’élément, s’il est choisi, étant Ti 0,01 - 0,15 ; Cr 0,01 - 0,3 ; Mn 0,01 - 0,3 ; Zr 0,01 - 0,18 ; Fe < 0,5 ; Si < 0,2 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.
9. Méthode de fabrication d’un profilé en alliage d’aluminium selon la revendication 5 où l’alliage d’aluminium 2XXX est un alliage Al-Cu-Li désigné selon la norme AA2065 ou AA2195 ou AA2295 ou AA2196 ou AA2296 ou AA2076 ou AA2099 ou AA2199.
10. Méthode de fabrication d’un profilé en alliage aluminium selon la revendication 5 telle que la composition du profilé en alliage d’ aluminium est un alliage Al-Cu-Li de composition en poids % Cu 1 - 5 ; Li 0,5 - 2 ; Mg 0 - 4 ; Ag 0 - 0,7 ; Zn 0 - 1 ; et au moins un élément choisi parmi Zr, Mn, Cr, Sc, Hf et Ti, la quantité dudit élément, s’il est choisi, étant de 0,04 à 0,20 % en poids pour Zr, 0,05 à 0,8 % en poids pour Mn, 0,05 à 0,3 % en poids pour Cr et pour Sc, 0,05 à 0,5 % en poids pour Hf et de 0,01 à 0,15 % en poids pour Ti, Si < 0,1 ; Fe < 0,1 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.
11. Méthode de fabrication d’un profilé en alliage aluminium selon la revendication 10 telle que la composition du profilé en alliage d’aluminium est un alliage Al-Cu-Li de composition en poids % Cu 2,3 - 3,3 ; Li 1 ,4 - 2,1 ; Mg 0,2 - 0,8 ; Ag 0,2 - 0,6 ; Zn < 0,35 ; Mn < 0,45 ; Zr 0,04 - 0,18 ; Ti < 0,10 ; Fe < 0,15 ; Si < 0,12 ; autres éléments
< 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium.
12. Profilé en alliage d’aluminium Al-Cu-Li, susceptible d’être obtenu par la méthode selon la revendication 11 de composition en % en Cu 2,3 - 3,3 ; Li 1 ,4 - 2,1 ; Mg 0,2 - 0,8 ; Ag 0,2 - 0,6 ; Zn < 0,35 ; Mn < 0,45 ; Zr 0,04 - 0,18 ; Ti < 0,10 ; Fe < 0,15 ; Si
< 0,12 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium, repéré dans un repère orthogonal (X, Y, Z), où Y est la direction de filage du profilé, dont la section transversale présente une âme (2) et au moins un flanc (3) ladite âme (2) se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un premier rectangle élémentaire (20) de dimensions A1 , B1 avec un rapport de forme A1/B1 compris de 4 à 50, où A1 est la dimension la plus grande et est parallèle à X, avec A1 compris de 100 mm à 500 mm, et B1 est parallèle à Z et compris de 10 à 50 mm, et ledit au moins un flanc (3) se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un deuxième rectangle élémentaire (30) de dimension A2, B2 où A2 est la dimension la plus grande, et tel que la dimension en mm du deuxième rectangle élémentaire perpendiculaire à la direction X du premier rectangle élémentaire est supérieure ou égale à 1 ,2 *B1 , caractérisé en ce que l’écart (en %) de limite d’élasticité mesurée dans le sens L, correspondant à la direction de filage Ÿ est inférieur à 18 % en valeur absolue quelle que soit la position dans la section transversale du profilé.
13. Profilé en alliage d’aluminium Al-Cu-Li selon la revendication 12 telle que la déformation maximale mesurée dans le sens de filage est inférieure à 200 pm/m, de préférence 150 pm/m, dans toute zone de l’âme, telle que ladite zone de l’âme n’est pas en contact avec un flanc et où la déformation est mesurée à l’aide d’une jauge de déformation (200) positionnée à une extrémité de l’âme dans la direction de filage Ÿ lors d’un usinage successif réduisant la dimension de l’âme parallèle à la direction X ( A1 , A’1 ) en partant du côté opposé à la jauge après que tous les flancs dépassant de l’âme ont été usinés.
14. Profilé en alliage d’aluminium 7XXX, susceptible d’être obtenu par la méthode selon la revendication 7 de composition en poids % Zn 5 - 9 ; Mg 2 - 3 ; Cu 1 - 3 ; au moins un élément choisi parmi Cr, Mn, Zr, Ti, la teneur de l’élément, s’il est choisi, étant Ti 0,01 - 0,15 ; Cr 0,01 - 0,3 ; Mn 0,01 - 0,3 ; Zr 0,01 - 0,18 ; Fe < 0,5 ; Si < 0,2 ; autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, reste aluminium, repéré dans un repère orthogonal (X, Y, Z), où Y est la direction de filage du profilé, dont la section transversale présente une âme (2) et au moins un flanc (3) ladite âme (2) se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un premier rectangle élémentaire (20) de dimensions A1 , B1 avec un rapport de forme A1/B1 compris de 4 à 50, où A1 est la dimension la plus grande et est parallèle à X, avec A1 compris de 100 mm à 500 mm, et B1 est parallèle à Z et compris de 10 à 50 mm, et ledit au moins un flanc (3) se décompose selon la norme EN2066-2022 en au moins un deuxième rectangle élémentaire (30) de dimension A2, B2 où A2 est la dimension la plus grande, et tel que la dimension en mm du deuxième rectangle élémentaire perpendiculaire à la direction X du premier rectangle élémentaire est supérieure ou égale à 1 ,2 *B1 , caractérisé en ce que l’écart (en %) de limite d’élasticité mesurée dans le sens L, correspondant à la direction de filage Ÿ est inférieur à 18 % en valeur absolue, de préférence inférieur à 10 % quelle que soit la position dans la section transversale du profilé.
15. Profilé en alliage d’aluminium 7xxx selon la revendication 14 telle que la déformation maximale mesurée dans le sens de filage est inférieure à 200 m/m dans toute zone de l’âme, telle que ladite zone de l’âme n’est pas en contact avec un flanc et où la déformation est mesurée à l’aide d’une jauge de déformation (200) positionnée à une extrémité de l’âme dans la direction de filage Ÿ lors d’un usinage successif réduisant la dimension de l’âme parallèle à la direction X ( A1 , A’1 ) en partant du côté opposé à la jauge après que tous les flancs dépassant de l’âme ont été usinés.
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