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Aluminium
Un peu de définition (cf. Wikipédia sur les alliages d'Aluminium)
Les alliages d'aluminium pour corroyage sont référencés par des désignations à quatre chiffres, définies par l'Aluminum Association. Les chiffres sont parfois précédés par les lettres AA, acronyme de « Aluminum Association », et parfois suivis par une lettre qui indique une variante nationale d'une composition existante. Ainsi, l'alliage 2024 peut aussi se noter AA2024, et l'alliage 2024A en est une variante.
Cette désignation a été reprise en Europe par la norme EN 573-3 en ajoutant les préfixe EN, A (aluminium) et W (wrought : mot anglais signifiant corroyage). L'alliage 2024 est désigné par la notation EN AW-2024 suivant cette norme.
Dans ces désignations, le premier des quatre chiffres indique l'élément d'addition principal de l'alliage :
- 1XXX (série des 1000) : alliage comportant au minimum 99 % d'aluminium (exemple : 1050)
- 2XXX (série des 2000) : cuivre (exemple : 2024)
- 3XXX (série des 3000) : manganèse (exemple : 3003)
- 4XXX (série des 4000) : silicium (exemple : 4006)
- 5XXX (série des 5000) : magnésium (exemple : 5083)
- 6XXX (série des 6000) : magnésium, silicium (exemple : 6061)
- 7XXX (série des 7000) : zinc (exemple : 7020)
- 8XXX (série des 8000) : autres éléments.
Le deuxième chiffre indique une variante, par exemple de pureté. Ainsi, l'alliage 7175 comporte moins de 0,2 % de fer, tandis que l'alliage 7075 peut en contenir jusqu'à 0,5 %.
Les deux derniers chiffres sont des numéros d'ordre qui servent à identifier l'alliage. Ils n'ont aucune signification particulière, excepté pour la série 1000, où ils indiquent le pourcentage d'aluminium. Par exemple, l'alliage 1085 comporte au minimum 99,85 % d'aluminium.
Dans les faits, la désignation à quatre chiffres a remplacé les anciennes appellations nationales, et est la plus répandue.
Etats métallurgiques des aluminiums (Euralliage)
F : Brut de fabrication : aucun contrôle de durcissement structural ou d'écrouissage n'a été utilisé, aucune limite de propriété n'a été donnée.
O : Recuit : s'applique aux produits corroyés qui sont recuits pour obtenir l'état avec la plus faible résistance mécanique. Il s' applique aussi aux produits moulés qui sont recuits pour augmenter leur ductilité et leur stabilité dimensionnelle. Le O peut être suivi par un chiffre : O1 : Recuit à haute température et refroidissement lent ; O2 : Traitement thermique spécial ; O3 : Homogénéisé.
H : Ecroui (alliages de corroyage seulement). S' applique aux produits dont la résistance est augmentée par écrouissage, avec ou sans traitements thermiques supplémentaires pour diminuer la résistance.
T : Traitements thermiques pour obtenir un état stable autre que F, O ou H avec ou sans écrouissage supplémentaire
W : Traitement de mise en solution. Cet état instable s'applique uniquement aux alliages qui vieillissent spontanément à température ambiante après un traitement thermique de mise en solution. Désignation utilisée quand la période de vieillissement est indiquée, par exemple W 1/2 h.
Durcissement par écrouissage (séries 1000 , 3000, 5000)
Niveau de dureté Etat écroui Recuit O 1/8 dur H11 1/4 dur
H12
H13
1/2 dur
H14
H15
3/4 dur
H16
H17
4/4 dur H18 extra dur H19
Durcissement structural (séries 2000, 4000, 6000, 7000)
Les alliages des familles 2000, 6000 et 7000 peuvent être durcis par traitement thermique de mise en solution et trempe, suivi d'un durcissement structural qui s'effectue :
- soit à la température ambiante (maturation ou vieillissement naturel),
- soit par chauffage (revenu ou maturation accélérée ou vieillissement artificiel).
C'est par ces traitements qu'ils atteignent leurs caractéristiques maximales ; de plus, il est possible de combiner durcissement par écrouissage et durcissement par traitement thermique de mise en solution, trempe et maturation ou revenu.
La mise en solution, traitement thermique à haute température, peut être faite dans un four mais pour certains alliages, en particulier ceux de la famille 6000, elle peut être faite au cours d'une opération de déformation à chaud.
Je ne présente que les plus courants.
Opérations
Traitement au four Déformation à chaud Trempe + maturation T4 T1
Trempe + écrouissage + maturation
T3 T2 Trempe + revenu T6 T5
L'aluminium en aérospatial
La série 2xxx, alliages cuivre-aluminium et la série 7xxx, alliages aluminium-zinc sont les 2 principales séries utilisées dans la fabrication de composants pour l’aviation. Les alliages de la série 2xxx sont utilisés dans la fabrication de pièces de l’aile inférieure et de la structure du fuselage de l’avion. Les alliages de la série 7xxx sont utilisés dans les composants nécessitant une plus grande résistance, tels que les parties de l’aile supérieure. L’un des avantages de la série 2xxx est qu’elle peut travailler à une température de 150 °C, supérieure à celle de l’aluminium de la série 7xxx, soit 120 °C.
✈ Aluminium 2014 : les alliages d’aluminium 2014 T6 et 2014 T651 représentent une excellente option pour les applications nécessitant de l’aluminium à haute résistance, haute usinabilité et avec une bonne soudabilité. Les aluminiums 2014 T6 et 2014 T651 sont des alliages durcis par précipitation qui conservent leur résistance après traitement thermique. Ces 2 alliages sont couramment utilisés pour la fabrication de châssis de camions et de structures aérospatiales.
✈ Aluminium 2024 : l’élément d’alliage principal de l’aluminium 2024 est le cuivre. L’aluminium 2024 peut être utilisé lorsque des ratios de résistance élevés sont requis par rapport au poids. L’alliage d’aluminium 2024 T3 présente une excellente résistance à la fatigue, mais une faible soudabilité. Tout comme l’alliage 6061, le 2024 est utilisé dans les structures d’ailes et de fuselage en raison des fortes contraintes auxquelles ces composants sont soumis lors de son utilisation. L’alliage 2024 T3 est également utilisé pour la réparation et la restauration en raison de sa finition brillante.
✈ Aluminium 5052 : alliage de la plus haute résistance parmi les non-traitables à la chaleur, l’aluminium 5052 fournit le rapport idéal et peut être étiré ou moulé dans différentes formes. De plus, il offre une grande résistance à la corrosion par l’eau de mer ou dans des environnements marins.
✈ Aluminium 6061 : cet alliage présente de bonnes propriétés mécaniques et une bonne soudabilité. La résistance de l’alliage d’aluminium 6061 T6 est approximativement la même que celle de l’acier doux. L’aluminium 6061 T6 est également facile à usiner. Il s’agit donc d’un alliage d’usage général. Dans les applications aérospatiales, il est utilisé pour les structures d’ailes et de fuselage. Il est particulièrement courant dans le fuselage des avions légers.
✈ Aluminium 6063 : souvent appelé « alliage architectural », l’aluminium 6063 offre une excellente finition de surface. C’est pourquoi il est largement utilisé lorsque l’aluminium subit un traitement anodisation plus tard.
✈ Aluminium 7050 : l’alliage 7050 est un alliage d’aluminium de qualité supérieure qui présente une résistance à la corrosion et une durabilité bien supérieures à celles du 7075. Le 7050 conserve ses propriétés de résistance dans des sections plus larges, a une meilleure résistance à la corrosion et aux fractures. Ces caractéristiques font de l’aluminium 7050 un choix supérieur pour les applications aérospatiales.
✈ Aluminium 7068 : l’alliage d’aluminium 7068 est le type d’alliage le plus résistant actuellement disponible sur le marché, ce qui en fait un aluminium idéal pour la fabrication de pièces critiques pour l’aéronautique.
✈ Aluminium 7075 : le zinc est le principal élément d’alliage de l’aluminium 7075 T6. Sa résistance est similaire à celle de nombreux types d’aciers et présente de bonnes propriétés d’usinabilité et de résistance à la fatigue, mais une faible soudabilité du fait de sa teneur en zinc. Utilisé à l’origine dans les avions de combat pendant la Seconde Guerre mondiale, il est toujours utilisé dans l’aviation aujourd’hui.
Les 2024 et 7075 sont trés employés.
Ne négligeons pas la nuance 2017 qui est une nuance valable pour les pièces structurelles, très utilisée en mécanique.
Comparaison des aluminiums courants Module de Young (GPa) coef. de Poisson Re (MPa) Rm (MPa) 2017 T4 260 390
6061 T6
(à froid)
69.00 0.33 369 389 7075 71.70 0.33 470 530
Approvisionnement
En 2022, la tension sur les matières premières complique l'approvisionnement, y compris pour les industriels. Au niveau amateur, le challenge n'est que plus rude. Néanmoins, des sources existent encore si on ne regarde pas les prix.
Selon les dimensions et les sections recherchées, il est possible d'acheter des bruts issus de chutes.