Aluminium

Faible masse volumique
Avec une masse volumique de 2,7 à 2,9 g/cm3, l’aluminium est trois fois moins lourd que l’acier. Il se place encore mieux vis-à-vis des métaux non ferreux. Son poids inférieur permet des réductions importantes de la consommation d’énergie et des coûts liés au transport, à la fabrication, au montage, à la maintenance et à l’entretien.

Résistance chimique, aux intempéries et à l’eau de mer
Lorsqu’il est exposé à l’air, l’aluminium se couvre d’une couche protectrice naturelle d’oxyde. Cette couche se renouvelle si elle est retirée, et confère une excellente résistance à la corrosion atmosphérique. L’aluminium pur, celui de grande pureté et les alliages sans cuivre sont particulièrement résistants à de très nombreux milieux. C’est pourquoi ils sont largement utilisés dans la construction, l’industrie chimique, le secteur agroalimentaire, la construction de véhicules, ou encore dans le domaine offshore particulièrement pour les alliages AlMg et AlMgMn.

Capacité de formage à froid et à chaud
L’aluminium est parfaitement adapté à la fabrication de profilés et de tubes de section quasiment quelconque. Mais aussi à presque tous les autres procédés usuels de formage à froid et à chaud, pour la fabrication de produits semi-finis et de pièces moulées. De plus, des alliages de décolletage spéciaux autorisent un enlèvement de copeaux performant avec des vitesses de coupe élevées.

Parfaitement adapté aux travaux d’assemblage
Les matériaux à base d’aluminium sont compatibles avec tous les procédés usuels. Le soudage par fusion est le plus souvent effectué sous atmosphère inerte. De plus, le soudage à l’air chaud est utilisable avec les matériaux composites, et les fixations par collage et serrage gagnent en importance.

Des surfaces décoratives, durablement colorables
L’aluminium est compatible avec de nombreux procédés, généraux ou spécifiques au matériau, pour l’obtention d’effets décoratifs ou de valeurs plus élevées de résistance, de dureté superficielle et de résistance à l’abrasion.

Une bonne conductivité électrique et thermique
L’aluminium présente une conductivité électrique élevée, entre 38 et environ 34•106 S/m pour les variétés pures et de grande pureté. Pour les conducteurs électriques, on utilise l’aluminium pur et certains alliages AlMgSi. La conductivité thermique est aux environs de 80 à 230 W/m • K.

Réflectivité élevée
Les surfaces d’aluminium se caractérisent par une faible absorption de la lumière et de la chaleur. Des traitements de surface appropriés peuvent agir fortement sur la réflexion et l’absorption.

Comportement non magnétique
Aucun matériau d’aluminium ne présente de ferromagnétisme.

Innocuité
L’aluminium n’est pas toxique. Bien sûr, les produits en aluminium sont stérilisables, faciles à nettoyer et répondent à toutes les exigences hygiéniques et antitoxiques.

Recyclage
La fabrication de l’aluminium nécessitant beaucoup d’énergie, son recyclage est une mesure pertinente et efficace pour réduire les coûts et protéger l’environnement. L’aluminium secondaire, obtenu par la fonte de chutes, de copeaux et de déchets, nécessite à peine 5 % de l’énergie utilisée pour la production d’aluminium primaire, et conserve cependant toutes ses propriétés utiles. C’est pourquoi l’aluminium est souvent la solution la plus écologique lorsque l’empreinte environnementale est calculée sur toute la durée de vie du produit. Les taux élevés de recyclage dans les applications automobiles en témoignent.

Les matériaux à base d’aluminium sont le plus souvent des alliages d'aluminium pur et d’un ou de plusieurs éléments. Le but est d’améliorer les propriétés du métal de base, surtout sa résistance mécanique et sa résistance à la corrosion.

Aluminium – Données de base sur ses alliages
Les principaux éléments entrant dans la composition des alliages d’aluminium sont:

Magnésium (Mg)
Accroît la résistance après formage à froid
Silicium (Si)
Combiné au magnésium, accroît la résistance
Manganèse (Mn)
Améliore les propriétés mécaniques, modifie l’emboutissabilité
Zinc (Zn)
Réduit la résistance à la corrosion
Cuivre (Cu)
Améliore les propriétés mécaniques, réduit la résistance à la corrosion
Fer (Fe)
Accroît la résistance
Chrome (Cr)
Combiné à des éléments tels le cuivre, le manganèse, le magnésium, accroît la résistance
Titane (Ti)
Accroît la résistance

Le magnésium augmente la résistance, mais réduit aussi fortement la capacité de formage, alors que l’effet du silicium dans ce domaine est faible. Ces deux propriétés sont affectées modérément par le manganèse et faiblement par le zinc. Le cuivre augmente fortement la résistance et affecte favorablement la ténacité.

Le magnésium augmente beaucoup la résistance à la corrosion, surtout vis-à-vis de l’eau de mer. Cela suppose toutefois un traitement thermique approprié, surtout pour les matériaux fortement alliés.

Le silicium améliore la coulabilité, d’où une forte teneur en silicium de la plupart des alliages pour fonderie. Le manganèse inhibe la recristallisation et favorise donc la capacité de formage (ductilité).

Le cuivre et le zinc ont un effet plutôt négatif sur le comportement à la corrosion. Les alliages au cuivre sont particulièrement sujets à la corrosion et doivent généralement en être protégés.

Les alliages pour fonderie sont en principe fortement alliés, proches de la composition eutectique et optimisés en vue d’un bon comportement d'écoulement.

Les alliages pour corroyage sont des alliages spécialement destinés à certains modes de fabrication des semi-produits, tels que l’extrusion, le laminage et le forgeage.

Les alliages de type AlMn sont moyennement résistants et sont utilisés spécialement en toiture et sous forme de bandes.

Les familles AlMgMn, AlMg et AlMgSi peuvent atteindre des résistances assez élevées, selon leurs additifs d’alliage.

Les alliages AlZnMg présentent une résistance moyenne à élevée, et sont particulièrement adaptés aux exigences techniques de l’armement.

Les types AlCuMg et AlZnMgCu font partie des alliages les plus résistants et sont actuellement ce qui se fait de mieux dans ce domaine.

Les matériaux à base d’aluminium de résistance moyenne se prêtent déjà bien à l’enlèvement de copeaux, mais il est préférable que ces derniers soient courts. C’est pourquoi les alliages AlMgSi et AlCuMg comportent parfois des additifs au plomb (Pb), au cadmium (Cd), au bismuth (Bi) et à l’étain (Sn), qui agissent en tant que brise-copeaux.

Modification des états du matériau

Dans la norme DIN 1748 partie 1, les valeurs de résistance à la traction sont indiquées directement par un "F" (par ex. F25 signifie Rm ≥ 270 N/mm²). La norme européenne s’en distingue car au lieu de donner des valeurs chiffrées concrètes, elle donne le type et l’effet du traitement thermique sur le semi-produit.

Les états suivants sont normalisés dans l’EN 755 partie 2 (et l’EN 515) :

Matériaux non trempants

F – État brut de coulée
Produit de tout procédé de formage où les conditions thermiques ou l’écrouissage ne sont pas spécialement contrôlés. Les valeurs limites des propriétés mécaniques ne sont pas fixées.

O – Recuit doux
S’applique uniquement aux produits d’un recuit ayant pour but une ductilité maximale.

H
S’applique aux produits soumis à un formage à froid (avec ou sans recuit de régénération) après le recuit doux ou le formage à chaud, pour obtenir les propriétés mécaniques fixées.

La lettre "H" est toujours suivie d’au moins 2 chiffres.

1. Type de traitement thermique
H1x écroui sans traitement thermique
H2x écroui puis recuit
H3x écroui et stabilisé
H4x écroui et thermolaqué

2. Degré d’écrouissage
Hx0 recuit
Hx1
Hx2 ¼ dur
Hx3
Hx4 ½ dur
Hx5
Hx6 ¾ dur
Hx7
Hx8 dur
Hx9 > 10 MPa +8

3. Procédés de traitement particuliers

Par ex. H 112
S’applique aux produits pouvant atteindre une certaine résistance par formage à chaud ou modeste formage à froid, et dont les propriétés mécaniques respectent des valeurs limites

Par ex. H 111
S’applique aux produits soumis après recuit final à un écrouissage suffisant pour ne plus pouvoir être considérés comme un recuit doux, mais assez faible et régulier pour atteindre une résistance minimale donnée.
Matériaux trempants

Matériaux trempants

T –
Amené par traitement thermique à un état différent de F, O ou H. Cette dénomination s’applique aux produits soumis à un traitement thermique pour atteindre des états stables, avec ou sans formage à froid supplémentaire. Le T est toujours suivi d’un ou de plusieurs chiffres, qui indiquent une séquence spécifique de traitement.

Premier chiffre
S’applique uniquement aux produits d’un recuit ayant pour but une ductilité maximale.

Par ex. T4 Recuit de mise en solution et vieillissement naturel
Par ex. T5 Trempe et vieillissement accéléré
Par ex. T6 Recuit de mise en solution et vieillissement accéléré
Par ex. T64 Comme T6 avec un autre degré d’intensité de la chaleur
Par ex. T66 Comme T6 avec un autre degré d’intensité de la chaleur
Par ex. T7 Recuit de mise en solution et durcissement / stabilisation, dans le but d’une :

* résistance optimale à la corrosion sous contrainte
* ténacité optimale à la rupture
* résistance optimale à la corrosion feuilletante

Deuxième et troisième chiffres

Tx51 ou Txx51 Détendu par étirage
Tx510 ou Txx510 Détendu par étirage
Tx511 ou Txx511 Détendu par étirage, avec redressement final
Tx52 ou Txx52 Détendu par compression soutenue
Tx54 ou Txx54 Détendu par étirage et compression combinés

* résistance optimale à la corrosion sous contrainte
* ténacité optimale à la rupture
* résistance optimale à la corrosion feuilletante

Quantification du durcissement

Rm T79 > T76 > T74 > T73
Corrosion sous contrainte T79 < T76 < T74 < T73
Ténacité à la rupture T79 < T76 < T74 < T73
Corrosion feuilletanteT79 < T76 < T74 < T73