Aluminium 7010 - AL-P7010 - EN AW-7010 - EN AW-AlZn6MgCu - 3.4394

D’où vient le 7010 et comment se positionne-t-il sur le marché des 7xxx ?

Besoin initial et cahier des charges

Le 7010 est né d’un besoin simple en aéronautique : réduire la masse des structures sans dégrader la sécurité. Cela impose une haute résistance pour tenir les charges avec moins de matière. Cela impose aussi une ténacité élevée pour mieux tolérer les défauts et les endommagements. La nuance vise également une bonne tenue en fatigue et une résistance à la corrosion sous contrainte, car les structures sollicitées et exposées ne pardonnent pas les compromis approximatifs.

Le 7010 se positionne donc comme un alliage structurel. Il est le plus souvent utilisé comme produits forgés, en particulier les forgés matricés et les grosses barres forgées, pour des composants aéronautiques exigeants.

Positionnement aéronautique

En aéronautique, le 7010 d’origine européenne ressemble au 7050 d’origine américaine. Ils se caractérisent par des états sur-revenus, en T7651 par exemple, associé de longue date à des pièces structurelles telles que des longerons et des nervures. Ces derniers font bon usage des qualités précédemment énumérées du 7010 ainsi que de sa capacité à couvrir des grandes épaisseurs. Avec des épaisseurs pouvant aller jusqu’à environ 200 mm et 90 mm il se qualifie pour entrer dans des programmes de grande structure comme l’A380.

Quel est le rôle des éléments d’alliage du 7010 ?

Quels états métallurgiques structurent les performances du 7010 ?

Qu’est ce que sont les états sur-revenus (sur-vieillis, T74/T76) ?

Le 7010 est typiquement utilisé dans des états où l’on arbitre entre performance mécanique et comportement en environnement. Les états sur-vieillis comme T74 et T76 répondent précisément à cette logique : accepter une part de baisse de résistance par rapport à un état au pic de durcissement, pour améliorer sa résistance à corrosion sous contrainte. Autrement dit, le sur-revenu sert de levier de compromis quand la priorité n’est pas seulement “faire le maximum en traction”, mais de conserver des marges fiables en service sur des pièces sollicitées et exposées.

Exemples de cycles de traitement

Pour des forgings en T74, un exemple de cycle d’obtention se formule en deux paliers de vieillissement : 8 h à 110 °C, puis 10 à 16 h à 175 °C.

Un cycle détaillé associé au T7651 illustre dans le même document une approche plus complète. Il inclut une mise en solution à 475 °C pendant 50 min, suivie d’une trempe à l’eau autour de 22 °C, avec une vitesse de refroidissement indiquée à environ 95 °C/s. Le procédé mentionne ensuite un stockage à −18 °C sur une durée supérieure à 120 h, puis un vieillissement en deux étapes : 120 °C pendant 10 h, puis 173 °C pendant 8 h.

Quelles propriétés mécaniques pour le 7010 selon l’état et l’orientation ?

Traction (limite d’élasticité Rp0,2, résistance à la traction Rm, allongement A) : comparaison directe T7651 vs T73651

Sur des produits épais, les propriétés en traction se lisent aussi selon l’orientation : L (longitudinal), LT (long transversal) et ST (court transversal). À 20 °C, les états T7651 et T73651 montrent des niveaux élevés en Rp0,2 et Rm, avec un ST plus pénalisant sur l’allongement.

Traction à 20 °C (plan t/4)

Notes d’essais : L et LT mesurés au plan t/4 ; des valeurs sont présentées comme moyennes issues de mesures peau / cœur / plan t/4.

Ordres de grandeur en produits épais (T74 / T7452)

Pour des gros forgés et des fortes épaisseurs, des seuils de performance donnent des repères simples sur ce que l’on peut viser en traction et en ténacité, avec un accent sur la direction L-T pour la ténacité.

KIC (tolérance aux dommages) : comparaison T7651 vs T73651 dans les directions disponibles

Graphique de mesure du KIC : T7651 & T73651 sous LT, TL, ST, SL

Valeurs moyennes calculées sur deux mesures par orientation dans ce papier (en anglais).

La tolérance aux dommages se lit via la ténacité à la rupture KIC (MPa√m), selon l’orientation LT, TL, ST, SL. En moyenne, l’état T73651 affiche une KIC plus élevée que T7651 dans toutes les directions. L’écart reste modéré mais systématique, de +1,9 à +2,9 MPa√m selon l’orientation.

Comment se comporte le 7010 en fatigue et propagation de fissure selon l’épaisseur ?

Des tests sont effectués sur les états T73651 et T651 pour comprendre la tenue du 7010 en fatigue selon l’épaisseur des pièces. N30–N8 correspond à un cycle de chargement type “vol” : on alterne des niveaux d’effort plus élevés (N30) et plus faibles (N8) pour reproduire ce que la pièce subit en service (pics + phases plus calmes).

Graphique simulation de vol (N30–N8) : effet d’épaisseur

On constate sur ce graphique que plus l’épaisseur augmente, plus la durée de vie diminue pour les deux états de traitement.

Résistance au SCC : T7651 & T3651

L’essai de SCC en traction sous contrainte est mené sur 30 jours en immersion alternative, avec une déformation en traction constante. Les résultats sont rapportés à la fois en contrainte (MPa) et en % de la limite d’élasticité Rp0,2, puis comptés en observations Macro et Macro+Micro, au format F/N.

Graphique de résistance à la fissuration en traction sous contrainte selon deux états sur-revenus : essai 30 jours (alternate immersion)

Sur le graphique, chaque point correspond à une ligne de la table 3 de ce document :

• X = contrainte appliquée (MPa) (“Approx stress” dans le rapport).
• Y = taux de fissuration = F/N (nombre d’éprouvettes fissurées / nombre testées).
• Deux lectures : Macro (fissures de surface visibles à faible grossissement) et Macro+Micro (inclut aussi les fissures intergranulaires vues en micro, donc plus “sensible”).

Quelles implications en fabrication et assemblage (formage, usinage, soudage) ?

Le 7010 est considéré comme un alliage surtout pensé pour des pièces structurelles et forgées, pas pour des formages sévères type emboutissage.

Ainsi en formage, il est connu comme étant très mauvais en emboutissage profond, mauvais en pliage et extrusion par impact, passable en moulage par extrusion, mais favorable en forgeage (+).

Côté usinage, il est globalement bon et en soudage, la fusion est clairement déconseillée (TIG/MIG). On lui préfère alors le soudage par résistance, plutôt favorable par comparaison.