Quelle est la température de transition ductile à fragile de l'aluminium 6061 ?

Il est important de comprendre les températures de transition ductile à fragile (DBTT) des métaux lors de l'examen des matériaux à utiliser pour les applications fonctionnant dans des environnements cryogéniques. Certains métaux qui sont plus ductiles à température ambiante peuvent devenir cassants à basse température. En conséquence, ils développent des fractures et la structure peut échouer. Par exemple, le DBTT de l'acier à faible teneur en carbone utilisé dans la construction du Titanic peut avoir contribué au naufrage du navire dans un environnement à seulement -4 °F.

Cependant, le DBTT est-il applicable à tous les métaux, y compris l'aluminium 6061 ? Ci-dessous, nous plongeons plus profondément dans le DBTT et pourquoi il n'y a pas de température de transition ductile à fragile de l'aluminium 6061.

Comprendre la température de transition ductile à fragile

DBTT fait référence à la température du matériau à laquelle il entre dans la phase fragile à partir de la phase ductile. À ce stade, le matériau ne peut plus supporter la force de chargement sans développer de fracture.

Les métaux purs ont tendance à avoir une température de transition définie, tandis que dans les alliages, cette température de transition est définie de manière unique :elle peut se produire sur une plage finie.

À cet égard, le test d'impact Charpy, également connu sous le nom de test Charpy V-notch, est effectué pour déterminer la ténacité d'un matériau. Cependant, étonnamment, l'aluminium n'a pas de DBTT.

Température de transition ductile à fragile de l'aluminium 6061

L'aluminium a une structure cubique à faces centrées (FCC). Les matériaux cubiques à faces centrées n'ont pas de transition ductile à fragile; ils ont toujours tendance à rester dans un état fragile.

Pourquoi? Pour cela, nous devons comprendre le système de glissement du matériau. Les métaux se déforment le long des directions les plus serrées sur les plans de glissement les plus serrés, également appelés systèmes de glissement. La dislocation d'un glissement se produit lorsqu'un atome de coin saute au centre du cube.

Examinons la cellule unitaire des matériaux BCC et FCC, comme indiqué ci-dessous.

Texte alternatif :structure en treillis FCC vs BCC 

Lien

Les deux structures ont le même nombre de systèmes de glissement (12). Cependant, contrairement à BCC, FCC a des avions très serrés appartenant à chaque système de glissement.

À haute température, les structures FCC et BCC ont des dislocations mobiles, ce qui signifie qu'elles peuvent subir une déformation plastique sans subir de fracture. Cependant, à basse température, vous avez besoin d'une certaine quantité d'énergie thermique pour activer les dislocations dans les structures BCC, mais les dislocations se produisent dans le FCC indépendamment de la température ambiante. En conséquence, le FCC reste ductile même à basse température et ne présente aucun phénomène DBTT.

C'est pourquoi vous ne trouvez aucune donnée concernant la température de transition ductile à fragile de l'aluminium 6061.

Applications uniques en aluminium à basse température

Contrairement à d'autres métaux, l'aluminium est plus ductile et résistant à basse température, grâce à la structure FCC du métal. Cette propriété unique est un avantage pour les installations offshore dans l'hémisphère nord, qui atteint facilement -40°F.

Les alliages d'aluminium des séries 5000 et 6000 sont considérés comme les plus adaptés aux applications cryogéniques en raison de leur rapport d'élasticité à l'entaille élevé, qui est un rapport entre la résistance à la traction à l'entaille et la résistance à la traction pour un test de contrôle qualité du matériau par rapport aux tests de rupture.

Cependant, il est important de noter que tous les alliages d'aluminium ne se comportent pas de la même manière à basse température. Par exemple, la résistance du 6061 augmente à mesure que la température diminue, alors que pour l'aluminium 5456, elle reste presque constante.

Pour plus de clarté, le graphique ci-dessous montre la limite d'élasticité en traction à une force de 4K (ksi) pour différents alliages d'aluminium.

Certaines industries utilisent des fluides à basse température pour obtenir les conditions de travail souhaitées. À cet égard, les équipements et installations constitués d'aluminium peuvent offrir une résistance et une ductilité exceptionnelles, même à -320,8 °F.

Le tableau ci-dessous répertorie les différentes qualités d'aluminium utilisées sur une large plage de températures cryogéniques.

Température	Alliages d'aluminium appropriés
-45 °C	Presque tous sauf 7075-T6 et 7178-T6
-100 °C	7079-T6
-196 °C	2024-T6, 7039-T6, 5456-H343
-253 °C	2024-T4, 6061-T6, 2219-T87, 5052-H38, 5083-H38

Alors que l'absence d'une température de transition ductile à fragile de l'aluminium 6061 est bénéfique pour les industries travaillant avec des applications cryogéniques, sa nature douce est un défi pour les opérateurs de machines. Le bas point de fusion de l'alliage peut entraîner une accumulation de gomme autour du bord de l'outil.

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