L'aluminium expliqué : Propriétés, types et utilisations – Guide expert

L'aluminium est un métal gris argenté, l'un des métaux les plus répandus sur Terre, constituant plus de 8 % de la masse du noyau terrestre.

C'est le 13e élément du tableau périodique avec le symbole Al et le troisième métal le plus courant sur notre planète après le silicium et l'oxygène.

Également orthographié Aluminium, l'aluminium pur ne se trouve pas dans la nature car il se lie facilement aux autres métaux. Par conséquent, l'aluminium n'a été produit pour la première fois qu'en 1824.

La forme la plus courante dans la nature est les sulfates d'aluminium.

L'aluminium a une densité inférieure aux autres métaux (un tiers de l'acier). Il forme une couche protectrice d'oxyde en surface à l'air, du à son affinité pour l'oxygène, et forme des composés principalement à l'état d'oxydation +3.

Cette forte affinité pour l'oxygène mène à son association courante avec les oxydes, se trouvant surtout dans les roches de la croûte plutôt que dans le manteau.

Le cation Al3+ est fortement chargé et petit. Le point d'ébullition est d'environ 2743 K et le point de fusion de l'aluminium est d'environ 933,47 K.

La production d'aluminium est principalement associée au minerai de bauxite contenant 40 % à 50 % d'oxyde d'aluminium hydraté mélangé à de la silice et de l'oxyde de fer.

Bien que chimiquement similaire à l'acier ou au cuivre, l'aluminium est un métal léger, résistant, non corrosif, flexible et intensément recyclable.

L'acier est physiquement plus résistant que l'aluminium mais ce dernier est préféré pour sa faible densité et flexibilité : composants aéronautiques, cadres de fenêtres, navires, gratte-ciels.

L'aluminium est environ 2,5 fois moins dense que l'acier ce qui en fait une alternative pour la mobilité et la portabilité.

Les alliages d'aluminium sont généralement hautement ductiles et malléables, donc facilement formables et usinables.

Bons conducteurs électriques et thermiques, non étincelants, non magnétiques, les matériaux en aluminium ont de nombreuses applications dans nos vies.

Hautement recyclable, énergie de refusion faible : seulement ~5 % de l'énergie pour produire le métal primaire. 75 % du matériau récupéré pour réutilisation sans perte de propriétés.

Caractéristiques de l'aluminium :

#1. Léger :

Poids spécifique : 2,7 g/cm³, environ un tiers de l'acier. Réduit coûts de fabrication.

L'usage en automobile réduit poids mort et consommation d'énergie tout en augmentant capacité de charge.

La résistance peut s'adapter à l'application en modifiant la composition des alliages.

Aluminium-manganèse-magnésium préféré pour durabilité et résistance ; aluminium-magnésium-silicium pour tôles automobiles.

#2. Résistance à la corrosion :

Une fine couche d'oxyde se forme naturellement. Film protecteur empêchant le contact du métal avec l'environnement.

Utile pour applications exposées à agents corrosifs comme véhicules.

Cependant, les alliages d'aluminium sont bien plus résistants à la corrosion que l'aluminium pur (exception : alliages magnésium-aluminium marins).

#3. Conductivité électrique et thermique :

Selon son poids, l'aluminium est un excellent conducteur de chaleur et d'électricité, deux fois meilleur que le cuivre.

Cela en a fait le premier choix pour lignes de transport d'énergie. Aussi excellent dissipateur thermique pour appareils nécessitant évacuation rapide de chaleur.

#4. Réflectivité :

Excellent réflecteur de lumière visible et chaleur. Son faible poids en fait un excellent matériau pour réflecteurs : luminaires, couvertures de toit.

Toits réfléchissants réduisent la chaleur solaire interne, refléchissant jusqu'à 95 % de la lumière solaire.

#5. Ductilité :

Point de fusion et densité bas. Permet traitement de plusieurs façons en état fondu.

La ductilité assure la fluidité du design si le produit est maintenu jusqu'au bout. Feuilles, feuilles minces, tubes, barres, fils sont en aluminium.

Quels sont les différents types d'aluminium ?

Pour modifier propriétés (formabilité, résistance corrosion, usinabilité), l'aluminium pur est souvent combiné à d'autres éléments. Mais les alliages doivent être identifiés, d'où un système de classification.

The Aluminum Association a créé un système de classification pour identifier les alliages d'aluminium et maintient la nomenclature des grades standards.

Classification selon l'élément d'alliage principal et ses propriétés thermiques et mécaniques.

Les alliages d'aluminium se classent principalement en deux catégories : Aluminium déformé (Wrought) et Aluminium de fonderie (Cast). Les deux ont des systèmes de désignation différents.

Aluminium déformé (Wrought) :

Fabriqué en fondant des lingots d'aluminium avec une quantité précise d'élément d'alliage, donnant la composition du grade. L'alliage est ensuite coulé et subit d'autres procédés mécaniques jusqu'à l'extrusion.

Un code à quatre chiffres identifie chaque grade :

• Premier chiffre : élément d'alliage principal mélangé à l'aluminium pur. A un effet majeur sur les propriétés de la série.
• Deuxième chiffre : modification d'un alliage spécifique. Modifications documentées et enregistrées à l'IADS. Si zéro, alliage original/non modifié.
• Troisième et quatrième chiffres : numéros assignés à un alliage spécifique dans la série. Ex: série 1000, indiquent la pureté.

Le tableau ci-dessous décrit les séries d'aluminium déformé :

GRADE	ÉLÉMENT D'ALLIAGE PRINCIPAL
1XXX	99,00 % Aluminium
2XXX	Cuivre
3XXX	Manganèse
4XXX	Silicium
5XXX	Magnésium
6XXX	Magnésium et silicium
7XXX	Zinc
8XXX	Autres éléments

Explication des séries de grades déformés :

Série 1000

Au moins 99,0 % d'aluminium sans élément d'alliage significatif. Excellente résistance à la corrosion, haute conductivité électrique et thermique. Hautement formables, s'écrouissent lentement grâce à ductilité et tendresse relative. Préférés pour déformation sévère. Soudables mais plage de fusion étroite. Résistance mécanique comparativement plus faible.

Aluminium 1100 : grade le plus courant de la série 1000. Résistance mécanique la plus haute de la série, aussi appelé aluminium commercial pur. Adapté aux dissipateurs et échangeurs thermiques grâce à bonne conductivité électrique/thermique. Excellentes propriétés de formage : travail à froid (cintrage, laminage, étirage, estampage, filage). Ductilité pour fils, plaques, feuilles, barres, bandes. Formage à chaud aussi facile. Soudable par méthodes conventionnelles (soudage par résistance). Applications haute pression possibles. Ne durcit pas par traitement thermique, seulement par écrouissage à froid comme la plupart des alliages de cette série.

Série 2000

Environ 0,7-6,8 % de cuivre et plus petites quantités de silicium, manganèse, magnésium, autres. Cuivre = élément principal. Apporte résistance et dureté supplémentaires, améliore usinabilité. Maintiennent haute résistance sur large plage de températures.

Adaptés aéronautique/aérospatial : alliages haute performance et haute résistance. Mais cuivre réduit ductilité et résistance à la corrosion. Traitables thermiquement. Durcissement par précipitation pour augmenter résistance. Pendant traitement, précipitation d'Al2Cu intermetallique augmente dureté.

Cependant, difficiles à souder à cause des composés intermetalliques. Certains grades non adaptés au soudage à l'arc : sensibles à fissuration à chaud et corrosion sous contrainte.

Aluminium 2011 : alliage à usinage libre, excellente usinabilité (copeaux fins, finition lisse), adapté tournage grande vitesse. Alliage polyvalent mais mauvaise résistance corrosion : revêtement ou anodisation nécessaire. Non recommandé pour formage et soudage.

Aluminium 2024 : idéal applications lourdes sous contrainte prolongée. Alliage haute résistance très connu. Bonne résistance à la fracture, ténacité, faible propagation fissure. Nécessite placage ou anodisation pour améliorer mauvaise résistance corrosion.

Série 3000

Manganèse = élément principal, ~0,05-1,5 % de l'alliage. Manganèse donne résistance mécanique supérieure à l'aluminium pur, maintenue sur large plage températures. Bonne résistance corrosion, haute ductilité, formabilité. Non traitables thermiquement, adaptés au soudage. Durcissement par travail à froid.

Aluminium 3003 : 1,5 % Mn, 0,1 % Cu, grade le plus utilisé. Propriétés mécaniques identiques à Al 1100 avec 20 % de résistance à la traction en plus. Brasable, étirage profond, filage, soudable.

Série 4000

3,6-13,5 % silicium comme élément principal, avec peu de cuivre et magnésium. Silicium abaisse point de fusion, améliore fluidité état fondu. Séries 4000 = bon métal d'apport pour soudage et brasage. Traitabilité thermique de certains grades dépend des quantités de Cu et Mg. Ajout de ces éléments donne réponse favorable au traitement thermique. Grades traités thermiquement préférés pour soudage.

Série 5000

0,5-5,5 % magnésium = élément principal. Non traitables thermiquement, durcissement par travail à froid. Haute ductilité état recuit, résistance modérée. Soudables facilement, haute résistance corrosion. Excellente résistance alcaline. Certains grades 3,5 % Mg non adaptés hautes températures : sensibles corrosion sous contrainte.

Aluminium 5005 : tôlerie. Bonne formabilité : cintrage, filage, étirage, estampage, laminage. Résiste milieux marins, résistant corrosion.

Aluminium 5083 : Mn et Cr. Résistance à la plupart produits chimiques industriels et eau de mer. Conserve haute résistance après soudage.

Aluminium 5052 : meilleure résistance milieux marins vs autres grades. Bonnes qualités de finition, étirage et formage formes complexes grâce excellente travailabilité. Plus haute résistance parmi alliages non traitables thermiquement.

Série 6000

Silicium et magnésium = éléments majeurs. Présence ~0,2-1,8 % Si et 0,35-1,5 % Mg. Traitables thermiquement pour augmenter limite élasticité. Haute teneur Si favorise durcissement par précipitation, peut réduire ductilité. Effet réversible par ajout Cr et Mn qui dépriment recristallisation. Difficiles à souder (sensibilité fissuration solidification), techniques appropriées requises.

Aluminium 6061 : le plus polyvalent parmi alliages traitables thermiquement. Alliage « cheval de trait ». Excellente formabilité et résistance corrosion (cintrage, étirage profond, estampage). Soudable par toute méthode.

Aluminium 6063 : très utilisé pour extrusion aluminium. Haute résistance traction, résistance corrosion, excellentes qualités finition. Surfaces lisses après formage formes complexes, adapté anodisation. Bonne soudabilité, usinabilité moyenne.

Aluminium 6262 : alliage à usinage libre. Excellente résistance mécanique, bonne résistance corrosion.

Série 7000

0,8-8,2 % zinc = élément principal. Alliages les plus résistants dans cette série. Grades traitables thermiquement suivis de vieillissement pour augmenter limite élasticité. Zinc entraîne précipitation MgZn2 et Mg3Zn3Al2, durcissant l'alliage. Haute résistance corrosion, améliorable par ajout Cu. Mauvaise soudabilité : sensibles fissuration sous contrainte et à chaud.

Aluminium 7075 : parmi les plus hautes résistances des grades aluminium. Alliage haute performance, résistance traction > Al 6061. Plus dur, supporte contraintes prolongées. Soudable par points ou fusion.

Aluminium de fonderie (Cast Aluminum) :

Produit par procédé de fonderie : couler aluminium fondu avec quantités spécifiques d'éléments d'alliage. Moulé pour former forme désirée. Alliages de fonderie ont généralement résistance traction inférieure aux déformés. Sensibles fissuration et retrait. Mais plus rentables. Aluminium fondu prend forme flexible des cavités de moule, permettant large gamme de formes.

Code à quatre chiffres avec valeur décimale pour identifier chaque grade :

• Premier chiffre : élément d'alliage principal
• Deuxième et troisième : nombres arbitraires, sauf série 1XX.X où ils indiquent pureté
• Dernier chiffre : indique si alliage de fonderie (".0") ou lingot (".1" ou ".2")

Tableau des séries d'alliages de fonderie :

Série	Élément d'alliage principal
1XX.X	99,00 % Aluminium
2XX.X	Cuivre
3XX.X	Silicium avec Cu ou Mg ajoutés
4XX.X	Silicium
5XX.X	Magnésium
7XX.X	Zinc
8XX.X	Étain
9XX.X	Autres

Série 1XX.X

Maximum aluminium pur (99,00 % min). Haute conductivité électrique/thermique, bonne fiabilité, excellente résistance corrosion et propriétés de finition.

Série 2XX.X

Cuivre = élément principal. Traitables thermiquement. Haute résistance, faible fluidité. Faible résistance corrosion et ductilité. Sensibles fissuration à chaud.

Série 3XX.X

Silicium principal + peu Mg et/ou Cu. Traitables thermiquement. Haute résistance, bonne résistance usure et fissuration. Cuivre accru = moins résistant corrosion. Ductilité comparativement faible.

Série 4XX.X

Silicium principal. Résistance modérée. Non traitables thermiquement, bonne usinabilité grâce haute ductilité. Bonne résistance impact, corrosion, propriétés fonderie.

Série 5XX.X

Magnésium principal. Résistants corrosion. Non traitables thermiquement. Bonne résistance corrosion, aspect très attrayant anodisé. Résistance modérée à élevée, usinables, excellentes propriétés fonderie.

Série 7XX.X

Zinc principal. Traitables thermiquement. Haute résistance, bonne résistance corrosion, stabilité dimensionnelle, qualités finition. Mais propriétés fonderie médiocres.

Série 8XX.X

Étain principal. Non traitables thermiquement. Bonne usinabilité et résistance usure (faible coefficient frottement). Résistance mécanique comparativement faible.

Série 6XX.X non utilisée dans ces standards.

Désignation de revenu des alliages d'aluminium

Système de désignation de revenu : désigne la réponse d'un alliage au soudage et autres procédés de fabrication. Relié aux procédés de renforcement et durcissement subis. Utilisé pour alliages déformés et de fonderie.

Système : lettre majuscule suivie de nombre à deux chiffres pour alliages écrouis et traités thermiquement. Séparé du numéro d'alliage par trait d'union (ex: 5052-H32).

Premier caractère = traitement principal subi :

Lettre	Traitement
F	Alliages bruts, aucun traitement
O	Recuit
H	Écroui / travail à froid
W	Traitement thermique en solution
T	Traité thermiquement

Premier et deuxième chiffres = opération après écrouissage et degré d'écrouissage (alliages écrouis). Premier chiffre = condition traitement thermique (alliages traités thermiquement).

Quelles sont les utilisations ou applications de l'aluminium ?

Grades d'aluminium déformé :

Aluminium 1100 : rivets, pièces étirées (casseroles, éviers), wagons-citernes ferroviaires, réflecteurs. Stocks, échangeurs, dissipateurs thermiques (haute conductivité thermique). Applications électriques.

Aluminium 2011 : pièces machines/auto, fixations, armes, munitions, raccords tubes, pièces atomiseurs. Produits machines à vis.

Aluminium 2024 : le plus adapté aéronautique/aérospatial. Équipements marins, longerons d'aile, boulons, pièces vannes hydrauliques, arbres, accouplements, écrous, engrenages, pistons.

Aluminium 3003 : échangeurs chaleur, vessels pression, réservoirs stockage/carburant. Instruments manipulation alimentaire : ustensiles cuisine, bacs glaçons, casseroles, poêles, panneaux réfrigérateur. Produits construction : toits, bardages, portes garage, panneaux isolation, gouttières, descentes.

Aluminium 5005 : excellent matériau construction : bardages, toitures, mobilier, conducteur électrique. Équipements chimie/alimentaire, CVC, vessels, réservoirs, feuilles haute résistance. Surface brillante : applications décoratives.

Aluminium 5083 : wagons ferroviaires, vessels pression, foreuses, construction navale, véhicules.

Aluminium 5052 : applications ductiles : équipements transformation alimentaire, ustensiles cuisine, échangeurs chaleur, réservoirs stockage chimique. Panneaux camion, planchers, rivets, fils, tôles antidérapantes, conteneurs.

Aluminium 6061 : tubes, poutres, angles arrondis. Raccords réservoirs, camions, wagons ferroviaires, composants marins, pipelines, mobilier.

Aluminium 6063 : applications architecturales : rampes escaliers, mobilier, cadres fenêtres, portes, cadres signalétique. Tubes, angles, poutres, profilés en U.

Aluminium 6262 : produits machines à vis, goupilles charnière, raccords marins, raccords pipelines, boutons, écrous, accouplements, vannes, quincaillerie décorative.

Aluminium 7075 : aéronautique/aérospatial (haute résistance). Pièces moteurs, moules, équipements sportifs compétition, outillage industriel.

Quelles sont les différentes formes de l'aluminium ?

#1. Fils

Produits par traitement de lingots à travers une filière comprimant le diamètre tout en augmentant la longueur.

Bonne conductivité électrique et rapport résistance/poids élevé, alternative au cuivre en applications électriques. Mais s'oxydent facilement.

Sans mesures anti-oxydation, détérioration câblage et risque incendie potentiel.

#2. Feuilles minces (Foils)

Fabriquées à partir de tôles aluminium. Processus d'aplatissage par laminage réduisant l'épaisseur.

Épaisseur : 0,2 mm à 6 microns. Malléables, pliables, s'enroulent facilement. Emballage, blindage électromagnétique, autres applications industrielles.

#3. Tôles (Sheets)

Produites par laminage haute pression sur dalles aluminium répétitivement jusqu'à obtenir finesse et aplatissement. Épaisseur < 0,249 pouces (6,3 mm).

Forme la plus utilisée. Applications : canettes, emballages, pièces camion/auto, ustensiles cuisine, construction (toiture, bardage, gouttières).

#4. Plaques (Plates)

Fabriquées comme tôles, mais épaisseur > 0,250 pouces (6,35 mm). Applications lourdes : transport, aérospatial, aéronautique, marine, militaire. Réservoirs stockage et carburant.

#5. Barres, tubes et tuyaux

Composants importants produits par extrusion : billette aluminium forcée à travers ouverture matrice par force compressive. Matrice transforme forme de la billette. Extrusion flexible : variété pièces sections transversales différentes : ronds, rectangulaires, carrés, hexagonaux, tubes creux, tuyaux. Formes complexes à section constante. Utilisés industries : structurelle, aéronautique, auto, marine, aérospatial, composants CVC.

Ressources internes :

• Master Cylinder
• Cylinder Liner
• Automobile Classification
• Air Suspension System
• Flywheel Camshaft Crankshaft
• Clutch Complete Notes
• Single Plate Clutch
• Multi-Plate Clutch
• Drum Brake vs Disc Brake
• Battery Ignition System
• Magneto Ignition System
• Electronic Ignition System
• Lubrication System Types

Références [Liens externes] :

• https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium
• https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium_alloy