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Science et ingénierie des matériaux et des procédés

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Développement d'alliages Al-Li pour applications aéronautiques

  • Partenaire : Constellium
  • Type de partenariat : recherche partenariale sur le long terme (25 ans)
  • Projets structurants : ANR, bourses CIFRE
  • Equipements : Rayons X (laboratoire et synchrotron), microscopie électronique, calorimétrie
  • Développement et optimisation de précipitation de phases nanométriques durcissantes dans les alliages Al-Li puis Al-Cu-Li AIRWARE®, optimisation des propriétés mécaniques

Alliages Al-Li pour applications aéronautiques - SIMaP

      Le SIMAP (et avant lui le LTPCM, laboratoire qui a précédé la création de SIMAP) a accompagné l’industrie française de l’Aluminium dans le développement des alliages légers pour applications aéronautiques. En particulier, le SIMaP a contribué au développement des alliages Al-Cu-Li commercialisés sous le nom de AIRWARE® par Constellium et qui sont le fer de lance aujourd’hui de l’offre d’alliages performants pour la réalisation d’avions allégés.
      Cette collaboration au long cours a débuté avec Pechiney dans les années 1990 et s'est poursuivie pendant 25 ans malgré les différentes restructurations du fabricant d'aluminium : Alcan, Rio Tinto et plus récemment Constellium. Si la première vague de recherches sur le sujet n’a pas abouti à des applications industrielles faute de maturité des procédés d’élaboration et de transformation, un gros effort de recherche au début des années 2000 et de nouvelles exigences d’allègement portées par le développement des matériaux composites ont permis la mise au point de nouveaux alliages durcis par la phase Al2CuLi (T1). Cette phase se présente sous forme de plaquettes extrêmement fines : 1 nm d’épaisseur pour 50 à 100 nm de diamètre (voir figure), et nécessite donc des outils de caractérisation de pointe comme la microscopie électronique en transmission ou l’utilisation du rayonnement synchrotron. De nombreux travaux de thèse soutenus par l’ANR et par l’ANRT (bourses CIFRE) ont permis d’ajuster les compositions d’alliage en éléments mineurs (Mg, Zn, Ag, …) et la gamme de transformation afin d’obtenir une germination efficace de cette phase et les compromis recherchés entre limite d’élasticité, ténacité, tenue en fatigue, etc…
      Le développement de ces alliages s’est traduit pour Constellium par l’investissement dans une nouvelle fonderie spécialisée sur le site d’Issoire (Puy-de-Dôme).
 

Quelques publications récentes :

[1] E. Gumbmann, F. De Geuser, C. Sigli, A. Deschamps, Influence of Mg, Ag and Zn minor solute additions on the precipitation kinetics and strengthening of an Al-Cu-Li alloy, Acta Materialia. 133 (2017) 172–185. doi:10.1016/j.actamat.2017.05.029.
[2] A. Deschamps, G. Martin, R. Dendievel, H.P. Van Landeghem, Lighter structures for transports: The role of innovation in metallurgy, Comptes Rendus Physique. 18 (2017) 445–452. doi:10.1016/j.crhy.2017.09.006.
[3] A. Deschamps, M. Garcia, J. Chevy, B. Davo, F. De Geuser, Influence of Mg and Li content on the microstructure evolution of AlCuLi alloys during long-term ageing, Acta Materialia. 122 (2017) 32–46. doi:10.1016/j.actamat.2016.09.036.
[4] E. Gumbmann, W. Lefebvre, F. De Geuser, C. Sigli, A. Deschamps, The effect of minor solute additions on the precipitation path of an AlCuLi alloy, Acta Materialia. 115 (2016) 104–114. doi:10.1016/j.actamat.2016.05.050.
[5] E. Gumbmann, F. De Geuser, A. Deschamps, W. Lefebvre, F. Robaut, C. Sigli, A combinatorial approach for studying the effect of Mg concentration on precipitation in an Al–Cu–Li alloy, Scripta Materialia. 110 (2016) 44–47. doi:10.1016/j.scriptamat.2015.07.042.
[6] T. Dorin, A. Deschamps, F. De Geuser, F. Robaut, Impact of grain microstructure on the heterogeneity of precipitation strengthening in an Al–Li–Cu alloy, Materials Science and Engineering: A. 627 (2015) 51–55. doi:10.1016/j.msea.2014.12.073.
[7] T. Dorin, A. Deschamps, F. De Geuser, C. Sigli, Quantification and modelling of the microstructure/strength relationship by tailoring the morphological parameters of the T1 phase in an Al–Cu–Li alloy, Acta Materialia. 75 (2014) 134–146. doi:10.1016/j.actamat.2014.04.046.
[8] T. Dorin, A. Deschamps, F. De Geuser, W. Lefebvre, C. Sigli, Quantitative description of the T1 formation kinetics in an Al–Cu–Li alloy using differential scanning calorimetry, small-angle X-ray scattering and transmission electron microscopy, Philosophical Magazine. 94 (2014) 1012–1030. doi:10.1080/14786435.2013.878047.
[9] A. Deschamps, B. Decreus, F. De Geuser, T. Dorin, M. Weyland, The influence of precipitation on plastic deformation of Al-Cu-Li alloys, Acta Mater. 61 (2013) 4010–4021.
[10] B. Decreus, Deschamps, A., P. Donnadieu, J.C. Ehrström, On the role of microstructure in governing fracture behavior of an Aluminum-Copper-Lithium alloy, Mat. Sci. Eng. A. A586 (2013) 418–427.
[11] B. Decreus, A. Deschamps, F. De Geuser, P. Donnadieu, C. Sigli, M. Weyland, The influence of Cu/Li ratio on precipitation in Al-Cu-Li-x alloys, Acta Mater. 61 (2013) 2207–2218.

Rédigé par Muriel Braccini

mise à jour le 28 mars 2018

Univ. Grenoble Alpes