MATEC Web of Conferences 7, 01015 (2013)

Compréhension de la stabilité thermique des alliages d'aluminium Al-Cu-Mg

Understanding of the thermal stability of Al-Cu-Mg aluminum alloys

Constellium CRV, 725 rue Aristide Bergès, CS 10027, 38341 Voreppe Cedex, France

Résumé

Les alliages d'aluminium 2xxx (Al-Cu-Mg) sont connus pour être performants à chaud et sont par exemple utilisés pour certaines pièces de structure des avions. L'effet de la composition en Cu et Mg sur leur stabilité thermique, ainsi que celui de la précipitation durcissante associée ont été étudiés. Des comportements différents sont observés et trois zones de composition (en poids %) identifiées:

• 3,1–3,7Cu et 1,6–2,0Mg : durcissement par la phase S' (Al₂CuMg), limite d'élasticité ∼ 465 MPa à l'état T8 et bonne stabilité thermique jusqu'à 200 ^∘C.

• 4,8–5,4Cu et 0–0,4Mg : durcissement par la phase θ' (Al₂Cu), limite d'élasticité ∼ 380 MPa à l'état T8 et bonne stabilité thermique jusqu'à 300 ^∘C.

• 3,7–4,3Cu et 0,9–1,3Mg : durcissement par S'+ θ', limite d'élasticité ∼ 470 MPa à l'état T8 mais stabilité thermique insuffisante à 150 ^∘C et au delà; ce vieillissement important est associé à une concentration en Cu en solution solide élevée, ce qui accélère la cinétique de coalescence des précipités.

La première zone de composition est donc recommandée pour des applications à température intermédiaire, typiquement 150 ^∘C, et la seconde pour des applications à plus haute température, entre 250 et 300 ^∘C. La troisième zone est à éviter pour des applications à 150 ^∘C et au-delà.

Abstract

2xxx aluminum alloys (Al-Cu-Mg) have a good behaviour at elevated temperature and are used for some aircraft's structural parts. In this study, the effect of Cu and Mg content on the thermal stability and strengthening precipitation has been investigated. Three different behaviours are observed depending on the alloy composition:

• 3.1–3.7Cu, 1.6–2.0Mg: strengthening by S' (Al₂CuMg), yield strength ∼ 465 MPa in T8 temper and good thermal stability up to 200 ^∘C.

• 4.8–5.4Cu, 0–0.4Mg: strengthening by θ' (Al₂Cu), yield strength ∼ 380 MPa in T8 and good thermal stability up to 300 ^∘C.

• 3.7–4.3Cu, 0.9–1.3Mg : strengthening by S'+ θ', yield strength ∼ 470 MPa in T8 but poor thermal stability at 150 ^∘C and above; this severe aging is associated with a high Cu content in solid solution which accelerates precipitate coarsening kinetics.

The first composition range is thus recommended for applications at intermediate temperature, typically 150 ^∘C, and the second one for applications at higher temperature, between 250 and 300 ^∘C. The third zone is to be avoided for applications at 150 C^∘ and above.