Avantages et inconvénients de la ductilité de l'aluminium

La ductilité d'un matériau fait référence à sa capacité à subir une grande quantité de déformation inélastique jusqu'à ce qu'il se casse. Il est généralement considéré comme une propriété douce de tout matériau. Cependant, en réalité, les matériaux ductiles tels que l'aluminium ont un rôle important à jouer dans chaque application structurelle. L'aluminium, qui est l'un des matériaux les plus couramment utilisés dans les structures de grande hauteur et les gratte-ciel, a une bonne ductilité. Cependant, sa ductilité varie en fonction du traitement thermique qu'il a reçu et des matériaux d'alliage qui y ont été ajoutés.

Ci-dessous, nous détaillons d'abord l'importance de la ductilité dans les applications structurelles, puis explorons les avantages et les inconvénients de la ductilité de l'aluminium.

L'importance de la ductilité dans les applications structurelles

La déformabilité et la ductilité sont deux propriétés majeures d'un matériau qui définissent sa résistance latérale. Un matériau avec une bonne ductilité peut subir un allongement important avant de s'effondrer.

Pour mieux comprendre la ductilité, examinons un graphique contrainte-déformation du matériau, illustré ci-dessous :

Ici, la limite d'élasticité représente le point jusqu'auquel le matériau peut supporter une certaine charge avant qu'il ne commence à se déformer. Jusqu'à ce point, le matériau peut reprendre sa forme d'origine une fois la charge retirée, tout comme le caoutchouc.

Si nous augmentons la charge au-delà de la limite d'élasticité, le matériau présentera une déformation plastique. Cela signifie que le matériau aura une déformation permanente, mais il ne se cassera pas tant que la charge n'aura pas atteint le point de résistance ultime dans la courbe. Au-delà de ce point, le matériau se rompra avant de se décomposer complètement.

La phase entre la limite d'élasticité et la résistance ultime représente la ductilité du matériau. La ductilité d'un matériau est mesurée en termes de rapport de ductilité ou de facteur de ductilité, comme indiqué ci-dessous.

Idéalement, la valeur doit être comprise entre quatre et cinq.

Dans le cas d'un matériau très ductile, ces deux points sont très éloignés l'un de l'autre, et ainsi, le matériau peut subir de grandes déformations plastiques avant effondrement. En revanche, dans le cas d'un matériau cassant, c'est l'inverse.

Différents métaux ont une ductilité différente. Des matériaux comme l'or et l'argent peuvent être étirés en fils fins, car ils sont très ductiles. D'autre part, le carbure de tungstène et la fonte sont très fragiles. Parlons maintenant de la ductilité de l'aluminium.

Avantages de la ductilité de l'aluminium

L'aluminium pur est de nature ductile. Cependant, l'aluminium est disponible en différentes qualités. L'ajout d'éléments supplémentaires et le type de traitement thermique affectent sa ductilité.

Le tableau suivant répertorie la ductilité de certains alliages d'aluminium couramment utilisés par rapport à certains alliages d'acier couramment utilisés.

Alliage	Traitement thermique	Allongement à la rupture (à 77 °F)
Aluminium 3003	O (Recuit)	40 %
	H14 (durci)	16 %
Aluminium 5052	O	30 %
	H32	18 %
Aluminium 6061	O	30 %
	T6	17 %
Acier AISI 4140	Trempé à l'huile	15 %
Acier AISI 4340	Normalisé	12 %
Acier AISI 6150	Trempé à l'huile	14 %

De toute évidence, toutes les formes d'aluminium ont une meilleure ductilité que l'acier. Avec les traitements thermiques ultérieurs, l'aluminium atteint une résistance plus élevée, mais au détriment de la ductilité. Néanmoins, la ductilité de l'aluminium offre un avantage essentiel dans les applications structurelles.

En cas de surcharge inattendue, une structure fragile (constituée uniquement d'acier) va s'effondrer brutalement, alors qu'une structure ductile (acier + aluminium) subira un effondrement contrôlé. L'ajout de ductilité à la structure en fer par des poutres ou des câbles de suspension augmente son potentiel maximal dans son ensemble ; ainsi, lors d'un tremblement de terre, il ne s'effondre pas brutalement mais cède de manière contrôlée. Cela peut sauver des vies, car cela donne aux personnes en situation de danger de mort suffisamment de temps pour s'échapper. C'est la raison pour laquelle des matériaux ductiles comme l'aluminium sont utilisés comme élément structurel majeur dans les zones sujettes aux tremblements de terre.

Inconvénients de la ductilité de l'aluminium

Comme l'aluminium est un matériau relativement mou avec un point de fusion bas, il peut être quelque peu difficile à usiner. Selon ses éléments d'alliage, l'aluminium peut fondre en raison de la chaleur produite par le frottement entre l'outil et la pièce. En conséquence, des copeaux gommeux peuvent commencer à s'accumuler autour de la lame et offrir une résistance à l'outil à chaque passage. Lorsque suffisamment de matériaux s'accumulent, la lame peut s'agripper à l'aluminium, ce qui peut blesser le machiniste. Les lames de coupe peuvent également s'user rapidement en raison de la nature douce mais abrasive de l'aluminium, et les coûts associés à l'achat de nouveaux outils peuvent être importants.

Il est important de sélectionner le bon outil de coupe pour le travail et de suivre les meilleures pratiques pour produire des coupes plus rapides avec un minimum de pertes de matière. Sans équipement de sciage de qualité industrielle et les bonnes lames (bois non ferreux/à pointe de carbure), il est impossible d'obtenir une coupe nette avec des matériaux ductiles comme l'aluminium.

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