L'aluminium 7075 est un alliage -Al-Zn-Mg-Cu traitable thermiquement qui est régulièrement forgé, mais le processus exige un contrôle plus strict que les nuances 6xxx plus douces. Lorsqu'une billette est travaillée à l'intérieur de sa fenêtre étroite de travail à chaud-, la structure du lingot coulé se décompose et est remplacée par un flux de grains directionnel, de sorte que la pièce finie présente des performances de fatigue sensiblement meilleures qu'un composant usiné à partir d'une plaque.
Pourquoi l'aluminium 7075 répond bien au forgeage
L'alliage atteint une résistance élevée grâce à une combinaison de zinc à 5,1-6,1 %, de magnésium à 2,1-2,9 % et de cuivre à 1,2-2,0 %, avec du chrome à 0,18-0,28 % contrôlant la structure des grains et une densité d'environ 2,81 g/cm3. La même chimie ne laisse aucune plage utile de formage à froid, le 7075 doit donc être forgé à chaud. En pratique, la pièce à usiner est maintenue entre environ 380 degrés et 440 degrés : en dessous d'environ 350 degrés, les déchirures superficielles et les fissures des bords deviennent courantes, tandis qu'au-dessus d'environ 460 degrés, le risque de fusion naissante et de gros grains recristallisés augmente fortement.
Le contrôle des processus se concentre donc sur quatre variables :
Uniformité du four : le matériel de forgeage est chauffé dans une atmosphère contrôlée-ou dans un four à induction, le lot étant maintenu à l'intérieur d'une fenêtre d'environ ±10 degrés.
Préchauffage des matrices : les matrices sont chauffées à environ 250-350 degrés afin que la surface de la pièce ne refroidisse pas au premier contact.
Conception de la matrice : des congés et des angles de dépouille généreux sont utilisés car le 7075 s'écoule moins librement que le 6061.
Calendrier de réduction : la réduction par passe et le taux de forgeage total sont limités pour éviter les fissures internes d'éclatement.
Températures de forgeage, étapes et contrôle du processus
Une séquence de matrices fermées-pour un raccord structurel passe normalement par le sciage des billettes, le préchauffage à 400 - 440 degrés, l'impression du bloqueur, l'impression de finition, la découpe, puis le traitement thermique. Le traitement en solution suit à 465-480 degrés avec un trempage suffisamment long pour mettre les phases solubles en solution, puis une trempe rapide à l'eau ou au polymère, suivie d'un étirement contrôlé où la contrainte résiduelle doit être minimisée.
Le vieillissement donne le caractère final. Une trempe T6 est produite par vieillissement à environ 120 degrés pendant 24 heures. Une séquence de vieillissement T73 utilise environ 107 degrés pendant 6-8 heures, suivi de 163 degrés pendant 24 à 30 heures, échangeant environ 10 à 12 % de la résistance ultime contre une résistance nettement meilleure à la fissuration par corrosion sous contrainte. L'état doit donc être choisi à partir de l'environnement de service plutôt que du chiffre le plus élevé sur une fiche technique.
Normes, composition et états
Le 7075 forgé est normalement commandé en fonction d'une spécification de forgeage plutôt que d'une norme de plaque ou de barre, ce qui est une source fréquente de confusion dans les documents d'achat.
| Forme du produit | Spécification typique | Portée |
|---|---|---|
| Pièces fermées-et pièces forgées à la main | ASTMB247 | Limites des propriétés mécaniques des pièces forgées 7075-T6 et 7075-T73 |
| Plaque et feuille | ASTM B209 | Référence pour les propriétés des plaques utilisées dans les comparaisons de-pièces usinées |
| Barre, tige et fil | ASTM B211 | S'applique aux barres 7075-T6 et 7075-T73. |
| Composition et désignation | EN 573-3 | Enregistré comme EN AW-7075, symbole chimique AlZn5.5MgCu |
| Désignations de tempérament | EN 515 et ASTM B918 | Définit la nomenclature de trempe H et T et les pratiques de traitement thermique- |
Performances mécaniques du Forged 7075
Les valeurs ci-dessous sont typiques d'un matériau produit commercialement dans l'état indiqué et sont citées pour montrer un comportement relatif plutôt que pour remplacer une spécification.
| Condition | Résistance à la traction typique | Limite d'élasticité typique, 0,2 % | Allongement typique |
|---|---|---|---|
| Plaque 7075-T6 | 570 MPa | 500 MPa | 11% |
| Plaque 7075-T73 | 505 MPa | 435 MPa | 11% |
| Extrusion 6061-T6, pour référence | 310 MPa | 276 MPa | 12% |
Un composant forgé dans le sens longitudinal correspond généralement aux valeurs de plaque citées ci-dessus et les dépasse dans le sens transversal, car les lignes d'écoulement suivent le chemin de charge au lieu d'être parallèles à une surface laminée. Cette différence est la principale raison pour laquelle le 7075 forgé est spécifié pour les raccords, les maillons et les supports soumis à une charge cyclique.
Vérification de la qualité du lingot au forgeage fini
La vérification combine plusieurs méthodes indépendantes, et une partie n'est libérée que lorsque toutes sont d'accord :
Analyse chimique par spectrométrie d'émission optique pour confirmer que les limites de zinc, de magnésium, de cuivre et d'impuretés se situent dans la plage de composition.
Essais de traction selon ASTM E8 pour la résistance ultime, la limite d'élasticité et l'allongement, généralement sur un coupon d'essai forgé séparément.
Tests de dureté selon ASTM E18 pour vérifier rapidement que la réponse au vieillissement est cohérente.
Inspection par ultrasons selon ASTM B594 pour les discontinuités internes telles que les recouvrements, les éclats et la porosité.
Inspection dimensionnelle des caractéristiques critiques, ainsi que traçabilité du numéro thermique et du lot de forgeage à chaque étape du processus.
Lorsqu'une pièce sera usinée après forgeage, l'enveloppe forgée est planifiée de manière à ce que l'écoulement du grain suive le contour fini et qu'aucune surface portante -ne soit coupée à travers un grain d'extrémité de ligne d'écoulement-.
FAQ
Q : L’aluminium 7075 peut-il être forgé ?
Oui,. 7075 est forgé commercialement dans des opérations fermées-de forgeage à matrice et à la main-, à condition que la pièce reste à l'intérieur d'une fenêtre de travail-chaude d'environ 380-440 degrés et que la matrice soit préchauffée. Il n’a pas de plage de forgeage à froid utile.
Q : Quelle température de forgeage est utilisée pour le 7075 ?
Le matériel de forgeage est généralement chauffé à 400-440 degrés, la plage de travail étant traitée comme 380-440 degrés. Le traitement en solution s'effectue ensuite à 465-480 degrés avant la trempe.
Q : Le 7075 forgé est-il plus résistant que la plaque usinée ?
Les niveaux de résistance sont comparables, mais la pièce forgée présente généralement une meilleure résistance à la fatigue et de meilleures propriétés transversales car le flux des grains est aligné sur le trajet de la charge plutôt que sur la direction de roulement.
Q : Le 7075 doit-il être fourni en état T6 ou T73 ?
Choisissez T6 où une résistance maximale est requise dans un environnement protégé, et T73 où la résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte est plus importante ; T73 abandonne environ 10 à 12 % de sa force ultime pour cette sécurité.
Q : Quelles normes s’appliquent aux pièces forgées 7075 ?
ASTM B247 pour les pièces forgées, ASTM B209 pour les plaques et tôles, ASTM B211 pour les barres, EN 573-3 pour la composition et EN 515 pour la désignation de l'état sont les références usuelles.
Q : Pourquoi le 7075 se fissure-t-il pendant le forgeage ?
La fissuration est généralement due à une pièce froide, à une matrice froide, à un programme de réduction agressif ou à un taux de forgeage trop élevé. La correction de l'uniformité du four, le préchauffage de la filière et la réduction des passes résolvent la plupart de ces défauts.
