Les alliages d'aluminium expliqués :un guide des nuances, des propriétés et des applications

Les alliages d’aluminium comptent parmi les matériaux les plus polyvalents et les plus efficaces pour concevoir des produits destinés à diverses industries. Ce matériau possède une excellente résistance, une résistance exceptionnelle à la corrosion, une bonne aptitude au traitement thermique, une bonne soudabilité et une bonne formabilité. Par conséquent, de nombreux fabricants ont eu recours à différents types d'alliages d'aluminium dans plusieurs applications.

L'aluminium est disponible en différentes qualités, chacune avec des éléments d'alliage et des propriétés variables. Vous devez donc connaître les différences entre ces qualités d’alliage d’aluminium pour choisir celle qui convient à votre projet. Ce guide explore les types d'alliages d'aluminium, leurs caractéristiques, leurs avantages et leurs applications.

Qu'est-ce que l'alliage d'aluminium ?

Un alliage d’aluminium est une combinaison unique de différents éléments métalliques offrant une résistance et une durabilité accrues. L'aluminium est traditionnellement léger et présente une excellente résistance à la corrosion. Ces alliages sont formés en combinant l'aluminium sous sa forme liquide/fondue avec d'autres éléments, qui refroidissent et se solidifient ensuite, formant un matériau solide homogène. Les autres éléments combinés à l'aluminium pour former ces alliages peuvent représenter jusqu'à 15 % de la masse totale.

Des exemples de ces éléments ajoutés incluent le zinc, le fer, le magnésium, le cuivre et le silicium. Plus important encore, l’ajout de ces éléments à l’aluminium offre à l’alliage une conductivité électrique, une résistance à la corrosion, une maniabilité et une résistance améliorées par rapport aux éléments métalliques purs.

Propriétés de l'aluminium

L'aluminium possède de nombreuses propriétés exceptionnelles, ce qui le rend célèbre et couramment utilisé dans la plupart des applications. En voici quelques-uns :

Résistance à la corrosion

L'aluminium produit une fine couche d'oxyde naturelle qui protège le métal de toute réaction avec l'environnement. Il convient donc à plusieurs applications où il peut être exposé à des agents corrosifs comme les véhicules. Cependant, vous devez noter que les alliages d'aluminium ont des propriétés de résistance à la corrosion plus élevées que l'aluminium pur.

Léger

Le poids standard de l'aluminium est précisément de 2,7 g/cm³, soit environ un tiers du poids de l'acier. Sa légèreté permet de réduire considérablement ses coûts de fabrication. Habituellement, les industries automobiles utilisent l’aluminium dans leurs automobiles pour réduire le poids et augmenter la capacité de charge. De plus, vous pouvez ajuster la composition des types d'alliages d'aluminium pour modifier le poids en fonction de l'application.

Conductivité électrique et thermique

L'aluminium est un excellent conducteur d'électricité et de chaleur en raison de son poids. Son niveau de conductivité électrique et thermique est le double de celui du cuivre. En conséquence, il est couramment utilisé pour fabriquer des lignes de transport d’électricité. En outre, il fonctionne comme un excellent dissipateur/diffuseur de chaleur, ce qui en fait le choix idéal pour les appareils nécessitant une dissipation thermique rapide et rapide.

Applications des alliages d'aluminium

Voici quelques-unes des applications les plus courantes des alliages d'aluminium.

Industrie aérospatiale

L’industrie aéronautique nécessite souvent des alliages d’aluminium légers et résistants. Ces alliages doivent offrir un excellent rapport résistance/poids tout en s’adaptant parfaitement à la gamme budgétaire. De même, l'utilisation de qualités d'aluminium dans les avions permet d'éviter des dommages intempestifs à l'avion dus à l'exposition à des conditions environnementales défavorables.

Secteur de la santé

Les produits en aluminium ont aidé l'industrie de la santé à maintenir leur haute propreté et leur biocompatibilité. Plusieurs instruments médicaux, notamment chirurgicaux et orthopédiques, sont fabriqués avec différents types d'aluminium. De même, les fabricants fabriquent d'autres équipements à usage général comme des plateaux et des conteneurs en aluminium.

Industrie automobile

Les constructeurs automobiles utilisent des qualités d'aluminium pour rendre les véhicules idéaux légers, respectueux de l'environnement et durables. Les fabricants utilisent différentes pièces moulées sous pression en aluminium dans les voitures pour les rendre agiles et robustes en raison du haut niveau de durabilité et des propriétés de légèreté des alliages d'aluminium.

Génie électrique et électronique

Les producteurs d’électronique grand public utilisent continuellement différents types d’alliages d’aluminium dans la fabrication de produits en raison de leur conductivité thermique élevée. Les fabricants utilisent l'excellente conductivité thermique de l'aluminium pour fabriquer des composants tels que des composants de refroidissement pour processeurs graphiques et dissipateurs thermiques.

Comment identifier les qualités d'alliage d'aluminium ?

Généralement, vous pouvez identifier un alliage d'aluminium à l'aide d'un modèle d'identification à 4 chiffres. Chaque chiffre du tableau des nuances d'aluminium représente un aspect différent du métal allié et est généralement écrit avant l'élément métallique pur par souci de clarté. Par exemple, aluminium 5052.

Les chiffres représentent des entités distinctes comme un alliage d'acier, un alliage de titane ou d'autres alliages. Voici une répartition du principal élément d'alliage que représente chaque premier chiffre :

• « 1 » signifie l'absence d'éléments alliés et qu'il s'agit d'aluminium pur
• "2" représente le cuivre
• « 5 » représente le magnésium
• "6" représente le magnésium et le silicium
• "7" représente le zinc
• Le chiffre 8 est réservé pour tous les autres agents d'alliage

Il convient de noter que ces numéros peuvent identifier toute la liste des alliages d'aluminium. Par exemple, étant donné que « 2 » désigne le cuivre, tous les alliages d'aluminium et de cuivre seront appelés « série 2xxx ».

De plus, le deuxième chiffre indique toute condition d'alliage unique et si l'alliage a été modifié par rapport à son état d'origine. Cependant, le chiffre reste « 0 » s'il n'y a pas de modifications particulières. Quant aux troisième et quatrième chiffres, ils sont généralement utilisés pour sérialiser et distinguer les alliages individuels.

Une série 1xxx (un aluminium pur composé précisément de 99 % d'aluminium) tandis que les deux derniers chiffres indiquent le pourcentage minimum d'aluminium supérieur à 99 %. Par exemple, l'aluminium 1060 contient au moins 99,60 % d'aluminium pur.

Sept alliages de base différents sont disponibles pour une utilisation industrielle dans les plages de 1xxx à 7xxx. Chacun avec une combinaison de chiffres unique et des proportions et des appariements variables. Voici la liste standard des alliages d'aluminium à usage industriel :

Série 1xxx

Cette classe d'alliage est connue sous le nom de série d'aluminium pur car elle comprend 99 % ou plus d'aluminium pur. Ces alliages offrent précisément une résistance à la traction ultime de 10 à 27 ksi. Ils sont généralement soudables mais ne peuvent pas être traités thermiquement car ils sont vulnérables aux températures élevées.

Ces alliages possèdent une excellente conductivité électrique et thermique. De plus, son excellente résistance à la corrosion en fait un choix idéal pour la fabrication de réservoirs et de tuyauteries chimiques.

Série 2xxx

Le cuivre est le principal élément d'alliage de la série 2xxx, avec des proportions importantes de magnésium, de manganèse, de silicium et d'autres éléments. Le cuivre, le principal élément d'alliage de la nuance d'aluminium de la série 2xxx, a une résistance à la traction ultime de 27 à 62 ksi. Ces nuances ont une usinabilité élevée et maintiennent une grande résistance à une large marge de température, ce qui les rend adaptées à l'industrie aérospatiale.

Bien que les alliages de la série 2xxx soient solides et résistants, ils ont une faible résistance à la corrosion par rapport aux autres types d'alliages d'aluminium. Par conséquent, vous pouvez envisager de revêtir ou de peindre ces alliages d'aluminium pour améliorer leur longévité.

Série 3xxx

La nuance d'aluminium de la série 3xxx contient du magnésium et du manganèse comme principal élément d'alliage. Il confère à l'aluminium une résistance mécanique exceptionnelle, qu'il maintient dans une large plage de températures par rapport à l'aluminium pur.

Ces qualités d'aluminium ne peuvent généralement pas être traitées thermiquement et ont une résistance à la traction ultime comprise entre 16 et 41 ksi. L'alliage 3004 est un excellent exemple d'alliage adapté à l'emballage de biens de consommation de cette classe.

Série 4xxx

La nuance d'aluminium de la série 4xxx est la seule catégorie comprenant des alliages d'aluminium traitables thermiquement et non traitables thermiquement. Lorsqu'il est ajouté à l'aluminium, le silicium, en tant qu'élément d'alliage principal, réduit les points de fusion et améliore la fluidité des alliages de la série 4xxx sous leur forme fondue/liquide. Bien que le silicium ne puisse naturellement pas être traité thermiquement, certains alliages de silicium contiennent du cuivre ou du magnésium, ce qui les rend positifs au traitement thermique.

Série 5xxx

La série 5xxx a le magnésium comme principal élément d'alliage. Ces qualités d'alliage d'aluminium sont généralement très solides, très résistantes à la corrosion et aux alcalis, parfaites pour les applications marines et peuvent être facilement soudées. En raison de leur grande formabilité, ils sont faciles à estamper, plier, rouler, étirer et tourner.

L'aluminium 5083 est un excellent exemple de qualité d'aluminium de la série 5xxx couramment utilisée pour les applications industrielles en raison de sa résistance à l'eau de mer et à divers produits chimiques industriels.

Série 6xxx

Les alliages 6xxx comprennent du magnésium et du silicium, qui forment du siliciure de magnésium. Ces alliages de qualité aluminium sont hautement formables, soudables et compatibles avec le traitement thermique. L'alliage 6061 est l'alliage d'aluminium le plus courant de la série 6xxx, avec une excellente résistance à la corrosion et une bonne résistance. En conséquence, il est couramment utilisé pour créer des cadres de bateaux et de camions.

Alliages coulés et alliages corroyés :quelles sont les différences ?

Les alliages moulés et les alliages corroyés constituent les principales catégories d’alliages d’aluminium. Il existe plusieurs différences considérables entre les alliages d'aluminium moulés et corroyés.

Éléments d'alliage métallique

Les alliages corroyés contiennent moins d'autres métaux que les alliages coulés. Généralement, les alliages corroyés contiennent ≤ 4 % d’éléments d’alliage, contre> 22 % des alliages coulés. Bien que cette différence semble intangible, elle a un effet plus significatif sur les caractéristiques matérielles de ces alliages.

La ductilité d’un alliage d’aluminium diminue lorsque d’autres éléments d’alliage sont ajoutés. Cela entraîne la vulnérabilité de la plupart des alliages coulés à la rupture fragile. D'un autre côté, vous pouvez augmenter la résistance des alliages d'aluminium corroyés, leur résistance à la corrosion et leur conductivité en ajoutant différents éléments d'alliage tout en conservant leur flexibilité et d'autres qualités positives.

Techniques de fabrication

Néanmoins, la différence la plus significative entre ces deux catégories réside dans la technique de fabrication que ces alliages subissent avant d’obtenir le produit final. Les alliages coulés sortent souvent de leur moule sous une forme solide précise, comme souhaité.

D’un autre côté, les alliages corroyés nécessitent diverses modifications lorsqu’ils sont sous leur forme solide. En conséquence, la différence dans leur fabrication affecte souvent de manière significative les formes possibles et les caractéristiques physiques des produits finaux.

Propriétés

Les alliages d'aluminium moulé ont des points de fusion et une résistance à la traction inférieurs à ceux de l'aluminium forgé. L'aluminium-silicium est l'alliage d'aluminium le plus utilisé en raison de sa forte concentration en silicium, lui permettant d'être coulé facilement. L'aluminium forgé a un plus grand nombre d'applications et les fabricants fabriquent des produits par extrusion ou laminage d'aluminium.

Types courants d'alliage d'aluminium utilisés dans l'usinage

Cette section traite des différents types d'alliages d'aluminium que vous pouvez utiliser dans l'usinage de vos produits.

Aluminium 6061

L'aluminium 6061 contient du silicium et du magnésium comme éléments principaux. Il est compatible avec diverses applications en raison de sa solidité, de sa résistance à la corrosion, de sa soudabilité et de sa capacité de traitement thermique. Il est bien adapté à la technique d’extrusion et l’application d’une trempe T6 contribue à le rendre plus solide et plus durable. De même, il fonctionne bien avec l'anodisation pour une finition esthétique améliorée.

Aluminium 7075

L'alliage d'aluminium 7075 est un alliage solide doté d'une excellente résistance, similaire à l'acier. Ses principaux éléments d'alliage sont le cuivre et le zinc. Il trouve une utilisation dans des applications nécessitant une excellente résistance, telles que les engins spatiaux, les avions, etc. Bien que non soudable, il est solide, modérément soudable et capable de résister aux contraintes.

Aluminium 5052

L'aluminium 5052 est un alliage fiable avec une excellente résistance à la corrosion et une résistance modérée. Il convient parfaitement aux applications en eau salée en raison de l’absence de cuivre dans l’alliage. L’équipement marin est la pièce la plus courante fabriquée en aluminium 5052. Cependant, le 5052 est issu de la nuance d'alliage d'aluminium 5xxx ; il ne peut donc pas être traité thermiquement.

Aluminium 6063

L'alliage d'aluminium 6063 comprend du magnésium et du silicium et est souvent appelé aluminium architectural en raison de sa résistance modérée et de sa ductilité élevée. Il est hautement compatible avec le formage. De plus, l'aluminium 6063 est très résistant à la corrosion grâce à sa composition de siliciure de magnésium.

Certaines pièces courantes créées à partir de l'aluminium 6063 comprennent des produits architecturaux, des meubles, des tuyaux, etc. L'aluminium gravé au laser est également compatible avec cette qualité d'aluminium.

Considérations pour choisir le bon type d'alliage d'aluminium

Choisir la qualité d’aluminium adaptée à votre projet est essentiel pour obtenir les meilleurs résultats. Voici les facteurs clés à prendre en compte avant de sélectionner un alliage d'aluminium.

1. Cote d'usinabilité

L'indice d'usinabilité d'un alliage d'aluminium vous permet de connaître l'état de compatibilité de ce matériau avec les processus d'usinage CNC de l'aluminium. Il serait utile de noter que l'aluminium 6061-T6, l'aluminium 2011 et l'aluminium 7075 sont des alliages appropriés avec des indices d'usinabilité élevés à modérés. Par conséquent, vous pouvez utiliser ces matériaux pour créer des pièces complexes avec des exigences complexes.

2. Coûts des matériaux et disponibilité

Lors du choix d'un matériau pour votre projet, il est essentiel de prendre en compte les coûts de la qualité de l'alliage d'aluminium. Maintenez un équilibre entre votre budget et le coût du matériau aux propriétés idéales pour votre projet. Cela aide à établir une base efficace pour votre processus de production.

De plus, les prix de la qualité d’aluminium choisie détermineront la disponibilité de l’alliage d’aluminium. Une qualité d’aluminium rare ralentira le processus de fabrication. Par exemple, l’aluminium 7075 offre une excellente usinabilité mais son coût est extrêmement plus élevé. D'un autre côté, l'aluminium 6061 est beaucoup moins cher et a une dureté et une résistance à la traction réduites, ce qui le rend facilement usinable.

3. Traitement thermique

Le traitement thermique consiste à utiliser des températures thermiques extrêmes pour traiter les alliages d’aluminium afin d’améliorer leur résistance et leur durabilité. Par conséquent, vous devez savoir quelle série d'aluminium peut être traitée thermiquement et laquelle ne l'est pas.

Cependant, il serait utile de noter que les séries d’alliages d’aluminium 2xxx, 6xxx et 7xxx sont compatibles avec le traitement thermique. Vous pouvez traiter thermiquement les pièces fabriquées avec ces alliages pour améliorer la résistance des produits finis.

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Conclusion

L'aluminium est un matériau métallique couramment utilisé avec des propriétés polyvalentes en fonction de la composition des éléments. Plusieurs types d'alliages d'aluminium ont des propriétés variables, ce qui les rend bien adaptés à différentes applications. Ainsi, il est essentiel de bien comprendre les différences de ces alliages d'aluminium afin de choisir le matériau idéal pour vos projets.

FAQ

Les alliages d'aluminium rouillent-ils ?

Tous les matériaux métalliques ont tendance à se détériorer avec le temps sans soins appropriés. Bien que l'aluminium ne rouille pas, il existe un risque élevé de corrosion. Cependant, la couche d'oxyde d'aluminium présente sur sa surface aide à empêcher la corrosion du matériau.

Quel alliage d'aluminium a la meilleure usinabilité entre 6061 et 7075 ?

L'alliage d'aluminium 6061 présente plusieurs avantages par rapport à l'aluminium 7075 en ce qui concerne leur processus de fabrication. En effet, le 6061 a une dureté et une résistance à la traction réduites, ce qui le rend plus usinable que le 7075.