Domaine technique de l'invention

La présente invention concerne les produits corroyés et les éléments de structure, notamment pour construction aéronautique, en alliage d'aluminium à traitement thermique. Elle concerne notamment les produits dit longs, c'est-à-dire les produits présentant une longueur signifïcativement plus grande que les autres dimensions, typiquement au moins deux fois plus longues que larges, et d'une longueur typiquement d'au moins 5 mètres. Ces produits peuvent être des produits laminés (tels que des tôles minces, tôles moyennes, tôles épaisses), des produits filés (tels que des barres, profilés, tubes ou fils), et des produits forgés.

Etat de la technique

Les avions de très grande taille présentent des problèmes de construction tout à fait particuliers. A titre d'exemple, l'assemblage des éléments structuraux devient de plus en plus critique, d'une part en tant que facteur de coût (le rivetage est un procédé très coûteux), d'autre part en tant que générateur de discontinuités dans les propriétés des pièces assemblées. Pour minimiser les assemblages, on peut préparer des éléments de structure par usinage intégral dans des tôles épaisses ; ces éléments de structures peuvent alors intégrer en une seule pièce (dite monolithique) différentes fonctions telles que la fonction de peau de voilure et la fonction de raidisseur. On peut également, et parallèlement, agrandir la dimension des éléments de structure monolithiques. Cela pose de nouveaux problèmes de fabrication de ces pièces par laminage, filage, forgeage ou moulage, car il est plus difficile de garantir des propriétés homogènes dans des pièces de très grande taille. II a été évoqué également de préparer des pièces monolithiques présentant une variation contrôlée de propriétés, ce qui permet, en théorie, de mieux adapter les propriétés des pièces aux besoins du constructeur. A ce titre, le brevet EP 0 630 986 (Pechiney Rhenalu) décrit un procédé de fabrication de tôles en alliage d'alximinium à durcissement structural présentant une variation continue des propriétés d'emploi, dans lequel le revenu final est effectué dans un four de structure spécifique comprenant une chambre chaude et une chambre froide, reliées par une pompe à chaleur. Ce procédé a permis d'obtenir des petites pièces d'une longueur d'environ un mètre en alliage 7010 dont une extrémité se trouve à l'état T651 et l'autre à l'état T7451, par un traitement de revenu isochrone. Ce procédé n'a jamais été développé à l'échelle industrielle, car il est difficile à contrôler d'une manière compatible avec les exigences de qualité que pose le domaine de la construction aéronautique ; ces difficultés augmentent avec la taille des pièces, sachant que c'est en particulier pour les très grandes pièces que le concepteur souhaiterait pouvoir intégrer deux ou plusieurs fonctionnalités par le biais d'une variation continue des propriétés d'emploi. Un autre problème que pose ce procédé pour l'exemple décrit dans le brevet cité est que les durées optimales des traitements T651 et T7451 sont différentes. Encore un autre problème est qu'un produit en 7010 à l'état T7451 est obtenu typiquement par un traitement de revenu à deux paliers, alors que l'état T651 est obtenu par un traitement de revenu à simple palier.

Le problème auquel répond la présente invention est de développer un procédé pour la fabrication d'éléments de structure, notamment pour construction aéronautique, présentant une variation des propriétés d'emploi, qui permet la réalisation de pièces de très grande longueur, et qui est suffisamment contrôlable, stable et reprocLuctible dans les conditions strictes d'assurance de la qualité et de maîtrise des procédés qui sont couramment exigées par l'industrie aéronautique.

Objet de l'invention

Un premier objet de la présente invention est un procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium à durcissement structural, comprenant : a) la mise en solution d'un demi-produit laminé, filé ou forgé, suivie d'une trempe, b) éventuellement la traction contrôlée avec un allongement permanent d'au moins 0,5%, c) le traitement de revenu, caractérisé en ce qu'au moins une étape dudit traitement de revenu est effectuée dans un four à profil thermique contrôlé dans la longueur, ledit four comportant au moins deux zones ou groupes de zones Z1, Z2 avec des températures initiales T1, T2, dans lesquelles la variation de la température autour de la température de consigne de chacune des températures T1 et T2 ne dépasse pas ± 5°C (préférentiellement ± 4°C, et encore plus préférentiellement ± 3°C) sur la longueur desdites zones ou groupes de zones, la différence entre les températures de consigne des températures initiales T1 et T2 étant supérieure ou égale à 5°C (préférentiellement comprise entre 10°C et 8O0C, plus préférentiellement entre 100C et 500C, et encore plus préférentiellement entre 200C et 400C), et lesdites zones ou groupes de zones pouvant être séparées par une zone ou groupe de zones Z1^2 dit de transition à l'intérieur de laquelle ou duquel la température initiale varie de T1 à T2, et caractérisé en ce que la longueur parallèle à l'axe du four de chacune desdites au moins deux zones ou groupes de zones Z1 et Z2 est d'au moins un mètre (et préférentiellement d'au moins deux mètres).

Un deuxième objet de la présente invention est un élément de structure monolithique en alliage d'aluminium à durcissement structural ayant une longueur L plus grande que la largeur B et l'épaisseur E, notamment pour construction aéronautique, ledit élément de structure monolithique étant caractérisé en ce qu'au moins deux segments Pi et P2 situées sur une longueur différente dudit élément de structure possèdent des propriétés mécaniques (mesurée à mi-épaisseur) sélectionnées dans le groupe formé de : a) P1 : KIC(L-T) > 38 MPaVm et P2 : R1n(L) > 580 MPa (et préférentiellement > 590 MPa, et encore plus préférentiellement > 600 MPa). b) P1 : K1C(L-T) > 40 MPaVm et P2 : R1n(L) > 580 MPa (et préférentiellement > 590 MPa). c) P1 : K1C(L-T) > 41 MPaVm et P2 : R1n(L) > 580 MPa (et préférentiellement > 590 MPa). d) Pi : K1C(L-T) > 42 MPaVm et P2 : Rm(L) > 590 MPa. e) Pi : KIC(L-T) > 39 MPaVm et P2 : Rm(L) > 580 MPa et P2 : Rm(TL) > 550 MPa. f) Pi : K10(L-T) > 39 MPaVm et P2 : R1n(L) > 580 MPa et P2 : Rpo,2(L) > 550 MPa, i) Pi : K1C(L-T) > 39 MPaVm et Pi : Rm(L) > 530 MPa, et P2 : R1n(L) > 580 MPa. j) Pi : KIC(L-T) > 40 MPaVm et P1 : Rm(L) > 540 MPa, et P2 : Rm(L) > 590 MPa. k) Pl : Kapp(L-τ)(ccτ406) > 125 MPaVm et P2 : R1n(L) > 590 MPa.

Encore un autre objet de la présente invention est un avion comprenant au moins une aile qui intègre au moins un élément de structure selon la présente invention, caractérisé en ce que le segment P1 se situe proche du fuselage, et le segment P2 proche de l'extrémité géométrique de l'aile, à l'opposé du fuselage.

Description des figures

La figure 1 montre de manière schématique l'évolution des propriétés mécaniques statiques (courbe 1), par exemple la résistance à la traction ou à la compression, et dynamiques (courbe 2), par exemple la tolérance aux dommages, dans la longueur d'un panneau de voilure selon l'invention. La figure 2 montre la résistance mécanique dans un élément de structure d'une longueur de 34 mètres selon l'invention.

Description de l'invention a) Terminologie Sauf mention contraire, toutes les indications relatives à la composition chimique des alliages sont exprimées en pourcent massique. Par conséquent, dans une expression mathématique, « 0,4 Zn » signifie : 0,4 fois la teneur en zinc, exprimée en pourcent massique ; cela s'applique mutatis mutandis aux autres éléments chimiques. La désignation des alliages suit les règles de The Aluminum Association, connues de l'homme du métier. Les états métallurgiques sont définis dans la norme européenne EN 515. La composition chimique d'alliages d'aluminium normalisés est définie par exemple dans la norme EN 573-3. Sauf mention contraire, les caractéristiques mécaniques statiques, c'est-à-dire la résistance à la rupture Rm, la limite élastique Rpo,2, et l'allongement à la rupture A, sont déterminées par un essai de traction selon la norme EN 10002-1, l'endroit et le sens du prélèvement des éprouvettes étant définis dans la norme EN 485-1. La ténacité K1C a été mesurée selon la norme ASTM E 399. La courbe R est déterminée selon la norme ASTM 561. A partir de la courbe R, on calcule le facteur d'intensité de contrainte critique Kc , c'est à dire le facteur d'intensité qui provoque l'instabilité de la fissure. On calcule également le facteur d'intensité de contrainte Kco> en affectant à la charge critique la longueur initiale de la fissure, au début du chargement monotone. Ces deux valeurs sont calculées pour une éprouvette de forme voulue. Kapp désigne le Kco correspondant à l' éprouvette ayant servi à faire le test de courbe R. La résistance à la corrosion exfoliante a été déterminée selon l'essai EXCO décrit dans la norme ASTM G34. Sauf mention contraire, les définitions de la norme européenne EN 12258-1 s'appliquent. Le terme « tôle » est utilisé ici pour des produits laminés de toute épaisseur.

Le terme « usinage » comprend tout procédé d'enlèvement de matière tel que le tournage, le fraisage, le perçage, l'alésage, le taraudage, l' électroérosion, la rectification, le polissage, l'usinage chimique. Le terme « produit filé » comprend également les produits qμi ont été étirés après filage, par exemple par étirage à froid à travers une filière. Il comprend également les produits tréfilés. Le terme « élément de structure » se réfère à un élément utilisé en construction mécanique pour lequel les caractéristiques mécaniques statiques et / ou dynamiques ont une importance particulière pour la performance et l'intégrité de la structure, et pour lequel un calcul de la structure est généralement prescrit ou effectué. Il s'agit typiquement d'une pièce mécanique dont la défaillance est susceptible de mettre en danger la sécurité de ladite construction, de ses utilisateurs, de ses usagers ou d'autrui. Pour un avion, ces éléments de structure comprennent notamment les éléments qui composent le fuselage (tels que la peau de fuselage (fuselage skin en anglais), les raidisseurs ou lisses de fuselage (stringers), les cloisons étanches (bulkheads), les cadres de fuselage (circumferential trames), les ailes (tels que la peau de voilure (wing skin), les raidisseurs (stringers ou stiffeners), les nervures (ribs) et longerons (spars)) et l'empennage composé notamment de stabilisateurs horizontaux et verticaux (horizontal or vertical stabilisera), ainsi que les profilés de plancher (floor beams), les rails de sièges (seat tracks) et les portes.

Le terme « élément de structure monolithique » se réfère à un élément de structure qui a été obtenu à partir d'une seule pièce de demi-produit laminé, filé, forgé ou moulé, sans assemblage, tel que rivetage, soudage, collage, avec une autre pièce.

b) Description détaillée de l'invention

Selon l'invention, le problème est résolu par un procédé dans lequel dans un four qui a de préférence une longueur intérieure supérieure à la longueur de la pièce à traiter, la température est gardée sensiblement constante sur au moins deux zones de four d'une longueur d'au moins un mètre. Un tel profil de température peut être obtenu en subdivisant le four selon sa longueur en plusieurs zones thermiques.

L'invention est applicable à tous les produits métalliques longs, c'est-à-dire présentant une dimension (appelée longueur) significativement plus grande que les deux autres (largeur, épaisseur). La longueur est la plus grande dimension du produit. Typiquement, dans le cadre de la présente invention, la longueur est au moins deux fois plus grande que les deux autres dimensions. Dans des modes de réalisation particulièrement avantageuses, elle est cinq ou même dix fois plus grande que les deux autres dimensions. Elle coïncide habituellement avec le sens long de fabrication (direction de laminage ou de filage) ; dans certains cas, elle peut être différente. Les produits selon l'invention peuvent être des produits laminés (tels que les tôles ou tôles fortes), des produits filés (tels que les barres, tubes ou profilés), des produits forgés; ces produits peuvent être bruts de fabrication ou usinés.

On entend ici par « segments à propriétés extrêmes » d'un produit les deux segments montrant la plus forte différence de propriétés. En fonction des modes de réalisation choisis, ces segments peuvent se situer proche des deux « extrémités au sens géométrique » (ou « extrémités géométriques ») du produit, ou ailleurs : la présente invention permet aussi de fabriquer des pièces dans lesquelles au moins un des deux segments montrant la plus forte différence de propriétés se situe plus proche du milieu géométrique que de l'extrémité géométrique de la pièce.

On entend ici par « zone » d'un four la plus petite unité thermique sur la longueur du four caractérisée par une température sensiblement constante, c'est-à-dire par une variation de température parallèle à l'axe du four qui est faible comparée à la différence de température qui caractérise le profil de température du four sur la totalité de sa longueur. Une telle zone de four est caractérisée par des moyens de chauffage et de contrôle qui permettent de maintenir la température à une valeur sensiblement constante à l'intérieure de ladite zone. A l'intérieur d'une telle zone, la variation de la température autour de la température de consigne ne doit pas dépasser ± 5°C, et préférentiellement ne dépasse pas- ± 40C. Dans un mode de réalisation préféré, cet écart ne dépasse pas ± 3°C. Pour certains produits, l'écart ne doit pas dépasser ± 2°C. Dans les autres directions du four, la température doit être aussi constante que possible. En tout état de cause, la variation de la température autour de la température de consigne à l'intérieur d'une zone doit être plus faible que la différence de température entre la zone de four la plus chaude et la zone de four la plus froide.

Plusieurs zones contiguës peuvent former un « groupe de zones », c'est-à-dire une unité thermique à l'intérieur de la quelle la température est sensiblement constante, ou suit un profil thermique contrôlé. A titre d'exemple, dans un four comprenant 9 zones de four (numérotées de 1 à 9), on peut former deux groupes de zones thermiques comprenant chacune trois zones de four (ayant les numéros successifs 1, 2, 3, 7, 8 et 9), séparées par un groupe de zones central comportant un profil thermique contrôlé et obtenu par l'intermédiaire de trois zones de four (portant les numéros successifs 4, 5 et 6). Tel que le terme « groupe de zones » est utilisé dans le cadre du présent brevet, un groupe de zones peut ne comporter qu'une seule zone de four.

Selon les constations de la demanderesse, la différence de température minimale qui conduit à des différences de propriétés industriellement exploitables entre deux segments à propriétés extrêmes du produit selon l'invention est de cinq degrés. Une différence d'au moins dix degrés est préférée. La différence de température peut être beaucoup plus importante, jusqu'à 80°C, voire jusqu'à 1000C, ou même davantage, mais cela peut poser des problèmes de contrôle de la température et de son profil parallèle à l'axe du four, et ceci notamment dans le cas des pièces relativement petites. Si l'on veut obtenir des états revenus, la différence de température ne dépassera typiquement pas cinquante degrés. Une différence de température supérieure à cinquante degrés peut être utilisée avantageusement pour fabriquer une pièce dont un des segments à propriétés extrêmes se trouve dans un état voisin d'un état T3 ou T4. Pour les alliages de type Al-Zn-Cu-Mg (série 7xxx), une différence de température relativement faible (par exemple entre dix et environ trente degrés) permet d'obtenir des effets exploitables pour des pièces utilisables en construction aéronautique, alors que pour les alliages de type Al-Cu (série 2xxx), on utilise avantageusement une différence de température plus grande, par exemple comprise entre cinquante et cent degrés, ou même plus.

La demanderesse a constaté que ce n'est pas uniquement la différence de températures entre deux segments à propriétés extrêmes qui compte, mais aussi la maîtrise de la température entre les segments à propriétés extrêmes. C'est pourquoi on utilise dans la présente invention un four comportant une pluralité de zones de four contiguës. On entend par pluralité au moins deux, et préférentiellement au moins trois zones de four. Une cloison entre deux zones contiguës, telle que proposée dans le brevet EP 0 630 986, n'est ni nécessaire ni utile. Elle ne permet pas d'exercer une maîtrise suffisante sur la température entre deux zones. De même, l'usage d'une pompe à chaleur qui relie la chambre froide à la chambre chaude, comme proposé dans EP 0 630 986, rend le profil thermique à l'intérieur du four trop instable. Dans le cadre de la présente invention, une bonne maîtrise du profil thermique à l'intérieur du four est indispensable pour pouvoir fabriquer des éléments de structure d'une manière compatible avec les exigences d'assurance qualité des produits aéronautiques.

Dans ce but, il est nécessaire de pouvoir contrôler, et préférable de pouvoir régler, la température dans chaque zone de four. Dans une réalisation avantageuse de la présente invention, le four comporte au moins trois zones de four d'une longueur unitaire d'au moins un mètre. A titre d'exemple, pour fabriquer des éléments de structure d'une longueur d'environ trente-quatre mètres, les inventeurs utilisent un four d'une longueur totale de trente-six mètres avec trente zones de four de longueur sensiblement identique, réglables indépendamment les unes des autres. Avantageusement, ces trente zones de four sont groupées de manière à former un nombre réduit de groupes de zones thermiques, par exemple trois à cinq.

Le procédé selon l'invention comprend l'élaboration d'une pièce corroyée en alliage d'aluminium à durcissement structural, une mise en solution, trempe, éventuellement traction avec un allongement permanent d'au moins 0,5%, un traitement de revenu dans un four à profil thermique contrôlé. Ledit traitement de revenu dans un four à profil thermique peut comporter, pour au moins un des groupes de zones thermiques qui composent le profil thermique contrôlé, un ou plusieurs, typiquement deux ou trois, paliers de température, ou une rampe plus ou moins continue de température sans palier net. Optionnellement, le traitement de revenu dans le four à profil thermique contrôlé est précédé ou suivi d'une autre étape de traitement de revenu dans un four homogène (qui peut être le même four, réglé de manière à obtenir une température homogène dans toutes ses zones, ou un autre four). Un tel revenu final en four homogène est particulièrement utile lorsque l'on vise à obtenir un état apte à une opération de formage au revenu ; le revenu final homogène permet dans ce cas le formage au revenu. Par ailleurs, une pièce peut subir un revenu dans le four à gradient thermique contrôlé, puis au moins une opération de mise en forme ou d'usinage, et ensuite une étape de traitement de revenu dans un four homogène.

L'invention permet de réaliser un élément de structure monolithique en alliage d'aluminium à durcissement structural ayant une longueur L plus grande que la largeur B et l'épaisseur E, notamment pour construction aéronautique, ledit élément de structure monolithique étant caractérisé en ce qu'au moins deux segments Pi et P2 situées sur une longueur différente dudit élément de structure possèdent des propriétés physiques (mesurées à mi-épaisseur) sélectionnées dans le groupe formé de : a) Pi : KIC(L-T) > 38 MPaVm et P2 : Rm(L) > 580 MPa (et préférentiellement > 590 MPa, et encore plus préférentiellement > 600 MPa). b) Pi : KIC(L-T) > 40 MPaVm et P2 : Rm(L) > 580 MPa (et préférentiellement > 590 MPa). c) Pi : K1C(L-T) > 41 MPaVm et P2 : R1n(L) > 580 MPa (et préférentiellement > 590 MPa). d) Pi : K1C(L-T) > 42 MPaVm et P2 : Rm(L) > 590 MPa. e) Pi : K1C(L-T) > 39 MPaVm et P2 : R1n(L) > 580 MPa et P2 : Rm(TL) > 550 MPa. f) Pi : KIC(L-T) > 39 MPaVm et P2 : Rm(L) > 580 MPa et P2 : Rp0,2(L) > 550 MPa, i) Pi : KIC(L-T) > 39 MPaVm et Pi : Rm(L) > 530 MPa, et P2 : R1n(L) > 580 MPa. j) Pi : KIC(L-T) > 40 MPaVm et Pi : R1n(L) > 540 MPa, et P2 : Rn(L) > 590 MPa. k) Pl : Kapp(L-τ)(ccτ406) > 125 MPaVm et P2 : Rm(L) > 590 MPa.

Il est préféré que le procédé soit conduit de manière à ce que l'allongement à rupture A(D soit supérieur à 9%, et préférentiellement > 10%, dans les segments Pi et P2. Cela est avantageux notamment lorsque les pièces doivent subir des opérations de mise en forme après revenu. De même, il est préférable que A(L) soit supérieur à 9% en dehors de ces segments Pi et P2. On peut obtenir des demi-produits caractérisés en ce qu'ils possèdent deux segments Pi et P2 dans lesquels (mesuré à mi-épaisseur) a) Rpo.2, mesuré dans le sens L ou dans le sens LT, présente un écart Rpo.2(p2) - Rpo.2(Pi) d'au moins 50 MPa et préférentiellement au moins > 75 MPa, et / ou U

b) Rpθ.2> mesuré dans le sens TC, présente un écart Rp0.2(P2) - RPo.2(Pi) d'au moins 30 MPa et préférentiellement d'au moins 50 MPa, et / ou c) Kic, mesuré dans le sens L-T, présente un écart Kic(pi) - Kic(P2) d'au moins 5 MPaVm et préférentiellement d'au moins 7 MPaVm, et / ou d) Kapp, mesuré dans le sens L-T, présente un écart Kapp(pi) - Kapp(P2) d'au moins 10 MPaVm et préférentiellement d'au moins 15 MPaVm.

Le procédé selon l'invention peut être utilisé pour élaborer des demi-produits en tout alliage à durcissement structural, tel que les alliages d'aluminium des séries 2xxx, 4xxx, 6xxx et 7xxx, ainsi que les alliages à durcissement structural de la série 8xxx contenant du lithium.

Le procédé selon l'invention peut, dans le cas des alliages de type Al-Zn-Cu-Mg (série 7xxx), être utilisé pour avoir un des segments à propriétés extrêmes dans un état proche de T6, et un autre segment à propriétés extrêmes proche de l'état T74 ou T73. Dans les alliages de la série 2xxx, de la série 6xxx ainsi que dans les alliages de la série 8xxx qui contiennent du lithium, le procédé selon l'invention peut être utilisé pour obtenir sur un des segments à propriétés extrêmes un état proche de T3 ou T4, et sur l'autre segment à propriétés extrêmes un état proche de T6 ou T8.

Dans une réalisation avantageuse de l'invention, l'alliage comprend entre 6 et 15 % de zinc, entre 1 et 3% de cuivre et entre 1,5 et 3,5 % de magnésium. Dans d'autres réalisations avantageuses, la teneur en zinc est d'au moins 7%, et se situe préférentiellement entre 8 et 13%, et encore plus préférentiellement entre 8,5 et 11%. La teneur en cuivre se situe avantageusement entre 1,3 et 2,1%, et la teneur en magnésium entre 1,8 et 2,7%. Ces alliages, dont le 7449, le 7349 et le 7056, permettent d'obtenir à la fois une très haute résistance mécanique (par exemple à l'état T651 ou T7951) et une très forte ténacité (par exemple à l'état T76, T7651 ou T74, ou à l'état T7451, T73 ou T7351), tout en conservant dans les deux états correspondants aux deux segments à propriétés extrêmes du produit, ainsi que dans les zones intermédiaires, un compromis entre résistance mécanique et ténacité acceptables et une résistance à la corrosion exfoliante (essai EXCO) maintenue à un bon niveau (EA).

Dans une réalisation avantageuse de la présente invention, on effectue sur une tôle, un profilé ou une pièce forgée mise en solution, trempée et tractionnée, un revenu en deux étapes : Une première étape homogène à une température comprise entre 115°C et 125°C pour une durée comprise entre 2 et 12 heures, une deuxième étape pendant laquelle un segment ou une extrémité géométrique est traité à une température comprise entre 115°C et 125°C, alors qu'un autre segment ou l'autre extrémité est traité à une température comprise entre 150°C et 160°C, les deux pour une durée comprise entre 8 et 24 heures. Ce revenu convient notamment aux produits en alliage 7xxx, et notamment en alliage 7349, 7449 ou 7056.

Dans une autre réalisation avantageuse de la présente invention, on effectue sur un produit en alliage 2xxx (tel que le 2024 ou le 2023) sur un segment ou une extrémité géométrique (P1) un revenu à environ 1200C, et sur un autre segment ou l'autre extrémité géométrique (P2) un revenu au pic de résistance mécanique (état T851) à environ 19O0C. Dans une variante de ce mode de réalisation, le segment ou l'extrémité géométrique qui n'est pas porté au pic de résistance mécanique (i.e. P1) subit un revenu à environ 100°C (ou 800C) ; c'est un état sous-revenu.

Dans une autre réalisation avantageuse, on effectue sur un produit en alliage 7xxx (tel que le 7349, le 7449 ou le 7056) sur un segment ou une extrémité géométrique un revenu au pic de résistance mécanique (état T651) à environ 1200C, et sur un autre segment ou l'autre extrémité géométrique un sur-revenu (état T7651, T7451 ou T7351) en deux paliers à 12O0C et 1500C - 1650C.

Dans encore une autre réalisation avantageuse, on effectue sur un produit en alliage 6xxx (tel que le 6056 ou le 6156) sur un segment ou une extrémité géométrique un revenu au pic de résistance mécanique (état T651) à environ 19O0C, et sur un autre segment ou l'autre extrémité géométrique un sur-revenu (état T7851) en deux paliers.

Les pièces métalliques obtenues par le procédé selon l'invention peuvent être utilisées comme élément de structure dans la construction aéronautique. Ces éléments de structure peuvent être bi-fonctionnels ou multi-fonctionnels, c'est-à-dire réunir en une seule pièce monolithique des fonctionnalités différentes que les procédés selon l'art antérieur ne pouvaient réunir que par l'assemblage de pièces différentes. Ces éléments de structure peuvent aussi permettre une construction et une fabrication plus simple et allégée d'avions, notamment d'avions de très grande capacité de fret ou de passagers.

Un avantage spécifique du procédé selon l'invention est que dans chaque segment à propriétés extrêmes, on obtient les propriétés optimales visées dans une longueur bien contrôlée du produit. Le concepteur de l'avion sait donc exactement sur quelle longueur le produit aura les propriétés optimales préconisées et garanties. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, le procédé selon l'invention est utilisé pour fabriquer des éléments de structure qui n'ont pas une variation continue de propriétés sur toute leur longueur, mais qui ont au moins deux zones dans lesquelles les propriétés mécaniques (ou certaines d'entre elles) sont constantes sur une certaine longueur du produit. Dans une réalisation avantageuse de l'invention, cette zone a une longueur d'au moins un mètre, et préférentiellement d'au moins deux mètres. Un tel produit, ainsi que son utilisation comme élément de structure dans une aile d'avion, est montré schématiquement sur la figure 1.

Un autre avantage spécifique du procédé selon l'invention est le contrôle précis des propriétés dans le segment de transition P1^ entre deux groupes de segments P1 et P2 (il peut y en avoir deux ou plus, en fonction du nombre de groupes de zones thermiques), P1 et P2 pouvant être des segments à propriétés extrêmes. En effet, le concepteur de l'avion n'a pas besoin, dans le segment de transition, de propriétés maximales pour l'une ou l'autre des propriétés (ou groupes de propriétés) à optimiser, par exemple la résistance à la rupture au sens long Rm(L) et la ténacité KIQL-T). Mais il exige néanmoins un certain compromis entre ces propriétés ou groupes de propriétés, car dans ce segment de transition, l'élément de structure joue bien un rôle structural et doit répondre à des spécifications précises.

Les éléments de structure selon l'invention sont notamment : des panneaux de voilure (en anglais : upper (top) or lower (bottom) wing (skin) panels) ; des raidisseurs de voilure (en anglais : upper or lower wing stringers) des longerons de voilure (en anglais : wing spars) ; - des lissesde fuselage (en anglais : fuselage stiffeners) ; - des panneaux de jonction (en anglais : butt straps), notamment pour des panneaux de voilure (upper and lower wing butt straps) ; - des panneaux de fuselage (en anglais : iuselage panels).

Le procédé selon l'invention permet de traiter thermiquement des pièces ou éléments de structure longs. Le plus souvent, leur section perpendiculaire à la longueur est sensiblement constante sur leur longueur, mais cela peut en être autrement. De même, les pièces peuvent être droites ou non ; on peut par exemple traiter des éléments de structure forgés légèrement galbés. Le procédé pourrait être utilisé également pour traiter des pièces moulées, mais des pièces moulées longues sont très rares et difficiles à fabriquer. Dans une réalisation préférée, la longueur de la pièce est d'au moins 5 mètres ou mieux d'au moins 7 mètres, mais on préfère une longueur d'au moins 15 mètres, voire d'au moins 25 mètres, pour profiter pleinement des possibilités de créer plusieurs segments fonctionnalisés répartis sur la longueur de la pièce. On a ainsi réalisé des éléments de structure avec au moins deux segments Pi et P2 dans lesquels la longueur Fpi et Fp2 (exprimée en pourcents de la longueur totale de la pièce L) desdites au moins deux segments P1 et P2 est telle que Fpi > 25% et Fp2 > 25% et préférentiellement Fpi > 30% et Fp2> 30%. Dans d'autres réalisations, FP1 > 35% et FP2> 30%, ou FPi > 40% et

Des éléments de structure selon l'invention peuvent être utilisés avantageusement en construction aéronautique. A titre d'exemple, on peut construire un avion de grande capacité comprenant au moins une aile comprenant au moins un élément de structure selon l'invention, caractérisé en ce que le segment Pi se situe proche du fuselage, et le segment P2 proche de l'extrémité géométrique de l'aile (voir figure 1). Dans une réalisation avantageuse, lesdits panneaux de voilure ont une longueur d'au moins 15 mètres, et préférentiellement d'au moins 25 mètres. Comme décrit dans l'exemple ci- dessous, les inventeurs ont réalisé des panneaux de voilure de plus que 30 mètres de long.

Lesdites pièces et éléments de structure peuvent être monolithiques. Le procédé selon l'invention permet également de traiter thermiquement des pièces ou éléments de structure qui ne sont pas monolithiques mais assemblées à partir d'au moins deux pièces ou demi-produits laminés, filés ou forgés (préférentiellement en alliage d'aluminium à durcissement structural), par exemple par soudage, rivetage ou collage. Il est également envisageable que dans un tel assemblage, une ou plusieurs des pièces soient fabriquées à partir d'un matériau de base qui n'est pas un alliage d' aluminium.

Dans ce mode de réalisation, on peut par exemple fabriquer d'abord un assemblage entre au moins une tôle en alliage d'aluminium à durcissement structural et au moins un profilé en alliage d'aluminium à durcissement structural par rivetage, soudage ou collage, ledit assemblage étant ensuite traité par le procédé selon l'invention. Dans une réalisation avantageuse de cette variante du procédé selon l'invention, les tôles et profilés sont à l'état T351, et l'assemblage est réalisé par soudage laser (Laser Beam Welding, LBW), soudage par friction (Friction Stir Welding, FSW) ou soudage par faisceau d'électrons (Electron Beam Welding, EBW). La demanderesse a constaté qu'il peut s'avérer préférable de traiter un tel assemblage soudé après soudage par le procédé selon l'invention, au lieu de traiter les demi-produits (tôles et profilés) destinés à constituer ledit assemblage avant soudage, car on obtient une amélioration de la résistance mécanique et de la résistance à la corrosion du joint soudé. Cet effet est significatif lorsque le joint soudé s'étale sur une grande longueur de l'élément structural (par exemple sensiblement parallèle au sens long du produit).

L'invention sera mieux comprise à l'aide de l'exemple suivant, qui n'a toutefois pas de caractère limitatif.

Exemple : On a fabriqué une tôle d'une longueur de 36 mètres, d'une largeur de 2,5 mètres et d'une épaisseur de 30 mm par laminage à chaud d'une plaque de laminage. La composition de l'alliage était : Zn 9,1%, Mg 1,89%, Cu 1,57%, Fe 0,06%, Si 0,03%, Ti 0,03%, Zr 0,11%, autres éléments < 0,01 chacun. La plaque de laminage a été homogénéisée pendant 14 heures à 475°C. La température d'entrée au laminoir à chaud était de 428°C, la température de sortie de la tôle laminée à chaud était de 4010C. La tôle a été mise en solution, trempée et tractionnée dans les conditions suivantes : maintien pendant 6 heures à 4710C, trempe dans de l'eau à une température comprise entre environ 15 et 16 0C, puis traction contrôlée avec un allongement permanent d'environ 2,5% La tôle a été éboutée pour donner une tôle d'une longueur de 34 mètres. Elle a été positionnée en longueur dans un four constitué de 30 zones d'une longueur unitaire de 1200 mm. Pour toutes les températures de revenu, la variation autour de la valeur de consigne ne dépassait pas ± 3°C .

Le traitement de revenu consistait en une première étape de traitement homogène à 120°C pendant 6 heures (« premier palier »), immédiatement suivie d'une deuxième étape au cours de laquelle une extrémité géométrique de 18 mètres (appelée Zi, correspondant à 15 zones de four) a été traitée pendant 15 heures à 1550C (« deuxième palier », précédé d'un période d'ajustement d'environ 1 heure), alors que l'autre extrémité géométrique de 10,8 mètres (appelée Z2, correspondant à 9 zones de four) a été maintenue pendant 16 heures à 1200C. La zone de transition entre ces deux extrémités correspondait à 7,2 mètres (appelée Zli2, correspondant à 6 zones de four). Après cette deuxième étape, la conductivité électrique de la tôle a été mesurée à différents endroits : Segment Pi : comprise entre 18,2 et 19,5 MS/m. Segment P2 : comprise entre 22,5 et 23,5 MS/m Segment P1>2 : comprise entre 18,2 et 23,6 MS/m

Ensuite, la tôle a été soumise à une troisième étape de revenu, à savoir un revenu homogène consistant en une montée en température à 148°C pendant lh30, suivie d'un maintient à 150°C pendant 15h heures. Cette troisième étape était destinée à simuler une opération de formage au revenu ou un revenu après mise en forme de l'élément de structure.

La tôle a été découpée et caractérisée. Le tableau 1 résume les caractéristiques mécaniques statiques obtenues par un essai de traction. Ce sont des moyennes obtenues à partir de mesures effectuées à mi-épaisseur et à différents endroits répartis sur la largeur de la tôle. On n'a pas constaté de variation significative de propriétés dans la largeur de la tôle. A noter que pour Rpo.2 dans les sens L et TL, on a mesuré également les valeurs par un essai en compression ; elles sont indiquées dans le tableau 1 entre parenthèses. Tableau 1

Les résultats de ténacité Kic et de Kapp (ce dernier obtenu avec une éprouvette de type CTl27 et avec une éprouvette de type CCT406) sont indiqués au tableau 2.

Tableau 2

Une telle tôle d'une longueur de 34 mètres peut être utilisée comme panneau de voilure

pour des avions cargo ou passagers de très grande capacité. Pour cette utilisation,

l'extrémité géométrique X de la tôle (correspond à ténacité Kic élevée, la résistance

mécanique statique étant plus faible) est positionnée côté fuselage, et l'extrémité

géométrique Z de la tôle (correspond à une résistaxice mécanique statique élevée, la

ténacité Kic étant plus faible) correspond à l'extrémité géométrique de l'aile.

Les températures de consigne, de la tôle et de l'air dans les zones du four pour la

deuxième étape de revenu sont montrées sur le tableau 3. On a représenté le profil de

température pendant l'étape de revenu à 12O0C et 155°C à l'état thermique stationnaire.

La température de la tôle a été mesurée à l'aide d'une quarantaine de thermocouples ;

les valeurs données dans le tableau 3 ont été mesurées à mi-largeur.

Tableau 3