Alliages d' Aluminium

ALLIAGES D'ALUMINIUM

SOMMAIRE

1. Historique et fabrication de l'aluminium.

2. Avantages techniques et conomiques.

3. Influence des lments d'alliage.

4. Influence des conditions de fabrication - Etats mtallurgiques.

5. Caractristiques typiques des alliages et des tats de livraison.

6. Classement des alliages suivant leur utilisation.

7. Formes de produits - Dfinitions.

8. Technologies de mise en oeuvre.

9. Prcautions d' emploi.

1. Historique et fabrication de l'aluminium

L'aluminium est le mtal le plus rcemment dcouvert puisqu'il n'est utilis industriellement que depuis la fin duXIX sicle.Pourtant l'alun, sulfate double d'aluminium et de potassium, le compos d'aluminium le plus anciennementconnu, tait dj dcrit par Pline l'ancien et utilis Rome comme mordant pour les couleurs.Il a fallu attendre 1825 pour que Hans Christian Oersted obtienne l'aluminium l'tat de corps simple sousforme d'une poudre grise contenant encore une trs grande quantit d'impurets. En 1827, Friedrich Whlerobtint cette mme poudre grise d'aluminium contenant cependant moins d'impurets.Ce n'est qu'en 1854 qu'Henri Sainte-Claire-Deville prsente le premier lingot d'aluminium obtenu l'tat fondu,par un procd mis en application en 1859 de faon industrielle par Henry Merle dans son usine de Salindres(Gard), berceau de la socit Pechiney.Mais ce procd tait compliqu ce qui donnait un mtal trs cher, rserv des utilisations dans le luxe etl'orfvrerie.

En 1886, Paul Louis Toussaint Hroult en France et Charles Martin Hall aux Etats Unis dposentindpendamment leurs brevets sur la production d'aluminium par lectrolyse chaud de l'alumine, oxydedshydrat de l'aluminium, dissoute dans de la cryolithe fondue (fluorure double de sodium et d'aluminium).L'invention de la dynamo, qui remplaa la pile comme source d'lectricit, et l'utilisation des chutes hydrauliques: la " houille blanche ", rendit possible la production conomique du mtal.P.L.T. Hroult monte sa premire usine en 1887 Neuhausen en Suisse, sur une chute du Rhin, berceau de lasocit l'Aluminium Suisse. Il monte une usine en 1889 Froges (Isre), berceau de l'hydrolectricit franaise

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dveloppe par Aristide Bergs, puis une autre La Praz dans la valle de l'Arc (Savoie).C.M. Hall monte en 1888 une usine pour la Pittsburgh Reduction Co qui deviendra en 1907 l'AluminumCompany of America.

L'aluminium est entr dans sa phase industrielle ; sa production a connu en 100 ans une croissanceprodigieuse, le mettant au premier rang des mtaux non ferreux et au deuxime de tous les mtaux derrire lefer, ainsi que l'illustrent les chiffres suivants :

Anne Production mondiale (tonnes) 1886 13 1890 200 1900 5 700 1910 44 350 1920 121 000 1930 269 000 1940 810 000 1950 1 507 000 1960 4 624 000 1970 10 307 000 1980 16 000 000 1999 28 000 000

L'aluminium est d'abord employ l'tat pur pour sa lgret et son inaltrabilit, mais la mise au pointd'alliages d'une plus grande rsistance mcanique va tre dterminante.Conrad Claessen trouve en 1905 la possibilit de durcir certains alliages par traitement thermique. Alfred Wilmmet au point le " Duralumin " (aluminium de Dren), alliage d'aluminium et de cuivre, qui durcit par trempe.Aladar Pacz imagine en 1920 l'alliage aluminium silicium affin au sodium, " l'Alpax ".

La fabrication de l'aluminium se dcompose en deux tapes :

- extraction de l'alumine de la bauxite,- fabrication de l'aluminium par lectrolyse de l'alumine.

Les gisements du minerai de dpart, la bauxite, sont trs nombreux et importants sur tout le globe terrestre. Lesplus vieux, aujourd'hui puiss, taient dans le sud de la France, en particulier prs du village des Baux enProvence, qui a donn son nom au minerai.La bauxite est un mlange d'oxyde d'aluminium, l'alumine, d'oxyde de silicium, la silice, d'oxyde de fer, d'oxydede titane et d'eau. Les teneurs de ces diffrents oxydes sont les suivantes :

alumine : 40 - 60 % silice : 2 - 12 % oxyde de fer : 18 - 25 % oxyde de titane : 2 - 4 % eau : 10 - 15 %

L'extraction de l'alumine s'effectue par attaque de la bauxite temprature et pression leves au moyen d'unesolution de soude caustique (procd Bayer). Les impurets insolubles sont spares de la solution pardcantation et filtration et portent le nom de " boues rouges " en raison de leur couleur due la prsenced'oxyde de fer.De la solution pure, refroidie et dilue, on peut tirer l'hydroxyde d'aluminium : Al(OH)3 ; celui-ci est calcin 1200C pour donner l'alumine : Al2O3, qui se prsente sous la forme d'une poudre de couleur blanche.

L'alumine est mlange de la cryolithe et ce mlange est liquide 1000C ; l'lectrolyse de l'alumine se fait


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dans une grande cuve peu profonde, dont le fond est garni de graphite qui sert de cathode (ple -). Les anodes(ple +) sont faites avec de la pte de coke et de brai prcuite et plongent dans le bain.Le passage du courant continu dcompose l'alumine : l'aluminium liquide 1000C se dpose la cathode, aufond de la cuve, et l'oxygne se dgage aux anodes en les brlant ; celles-ci sont donc consommes etchanges rgulirement. L'aluminium est rcupr par siphonnage dans une poche de coule.La tension continue applique aux lectrodes est de 4,5 6 V ; l'intensit du courant passant dans la cuve n'acess de progresser au fil des ans avec les amliorations technologiques apportes aux cuves : la toutepremire cuve d'Hroult avait 4000 A ; en 1914, les cuves avaient 20.000 A, 100.000 A en 1944, 175.000 A en1980 et elles atteignent aujourd'hui 300.000 A.La consommation lectrique de l'lectrolyse de l'aluminium est importante, de l'ordre de 13.000 kWh par tonned'aluminium produite.Pour fabriquer 1 tonne d'aluminium, il faut 2 tonnes d'alumine et 4 tonnes de bauxite.

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2. Avantages techniques et conomiques

Les emplois de l'aluminium et de ses alliages se sont dvelopps dans des proportions surprenantes pour desraisons techniques et conomiques.

Les raisons techniques sont nombreuses :

- l'aluminium est un mtal dont la densit est faible, ce qui vaut ses alliages la dnomination d'alliages lgers.L'aluminium est le mtal le plus lger aprs le lithium et le magnsium :

Mtal pur Masse volumique (kg/dm3) Lithium 0,53 Magnsium 1,74 Aluminium 2,70 Titane 4,51 Fer 7,86 Cuivre 8,96 Plomb 11,40

L'aluminium est donc 3,3 fois plus " lger " que le cuivre et 2,9 fois plus lger que le fer ; il " pse "grossirement 3 fois moins que les mtaux industriels usuels.C'est cette caractristique qui a valu aux alliages d'aluminium leur dveloppement dans les moyens de transportet en particulier dans l'aronautique.

- l'aluminium conduit bien l'lectricit et la chaleur.Sa rsistivit lectrique est de 2,74 10-8 W.m ; convertie en conductivit lectrique compare celle dustandard cuivre IACS, cela reprsente 63 %. Les alliages d'aluminium ont une conductivit plus faible que cellede l'aluminium pur, variant de 30 % 50 % IACS. A poids gal de cuivre, l'aluminium a une conductivitlectrique 2 fois suprieure, d'o les applications de l'aluminium dans le transport d'lectricit haute tension surgrande distance.

- l'aluminium n'est pas magntique.Sa permabilit magntique relative est de 1,004 soit 50 fois plus faible que celle des aciers. Cette qualits'ajoute ses proprits de conduction lectrique et milite en faveur de son utilisation dans les blindages decbles, dans les circuits lectroniques et dans la ralisation de bon nombre d'appareils de mesure.

- l'aluminium a une bonne rsistance la corrosion.L'aluminium a une grande affinit pour l'oxygne, et trs vite une couche d'alumine recouvre sa surface ; cettecouche est parfaitement couvrante et protge le mtal sous-jacent. De plus, il est possible d'accrotre cetteprotection par les traitements d'oxydation anodique (anodisation).- l'aluminium est un mtal robuste.Si les caractristiques de l'aluminium pur sont faibles, comme pratiquement celles de tous les mtaux purs, lagamme d'alliage trs tendue permet de trouver celui qui correspond aux contraintes d'utilisation envisage.En effet, les alliages les plus rsistants peuvent avoir une charge de rupture suprieure 700 MPa, donc


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largement quivalente celles des aciers tremps.

- l'aluminium peut tre utilis dans une large plage de tempratures.Contrairement d'autres mtaux, tel que l'acier, l'aluminium ne se fragilise pas aux basses tempratures et sescaractristiques mcaniques augmentent mme aux tempratures des gaz liqufis, d'o son utilisation encryognie.Sa temprature de fusion est basse : 658C, nettement infrieure celle du cuivre (1083C) et celle du fer(1536C) ; cela ne lui permet pas de rsister aux trs hautes tempratures. Il existe cependant des alliages quirsistent bien des tempratures de l'ordre de 200C souvent atteintes en aronautique et en astronautique.La charge de rupture de l'aluminium de puret commerciale en fonction de la temprature est la suivante :

-196C 160 MPa -80C 95 MPa -30C 85 MPa 20C 80 MPa

100C 60 MPa 200C 30 MPa

La comparaison de l'aluminium avec les autres mtaux utiliss industriellement montre qu'il est souvent plusintressant pour des raisons techniques et conomiques :

* A poids gal, un fil en aluminium conduit 2,1 fois plus d'lectricit qu'un fil en cuivre et 18 fois plus qu'un fil enacier. A conduction lectrique gale, le prix d'un conducteur en aluminium est gal 40 % du prix d'unconducteur en cuivre.

* A poids gal, la rsistance mcanique d'un produit en alliage d'aluminium 7075 est 2,3 fois plus forte que celled'un bronze CuSn6 et 1,5 fois plus forte que celle d'un acier tremp. A rsistance mcanique gale, le prix d'unproduit en 7075 est gal 35% de celui d'un produit en bronze CuSn6.

* A poids gal, l'absorption lectromagntique (aptitude au blindage lectro-magntique) d'une tle enaluminium est 2,6 fois plus forte que celle d'une tle en cuivre. A absorption lectromagntique gale, le prixd'un blindage en tle d'aluminium est gal 30 % de celui d'une tle en cuivre.

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3. Influence des lments d'alliage

La rsistance mcanique de l'aluminium pur est relativement faible et interdit son emploi pour certainesapplications. Cette rsistance mcanique peut tre notablement augmente par l'addition d'autres mtaux,formant ainsi des alliages. Ceux-ci peuvent tre classs en deux catgories :- les alliages sans durcissement structural (alliages non trempants),- les alliages durcissement structural (alliages trempants).Cette diffrence entre alliages est due l'lment d'addition principal, quelle que soit sa teneur.Il n'y a rarement qu'un seul lment ajout (lment principal). Des additions d'autres lments secondairesvont aussi influer sur les caractristiques de l'alliage.Il y a enfin des lments prsents dans l'alliage sans qu'ils aient t ajouts volontairement ; ce sont lesimpurets dont les plus importantes sont le fer et le silicium, et dont il faut contrler prcisment la teneur pourcertaines utilisations car leur influence peut tre dfavorable.

Tous les lments jouent, par leur nature et leur teneur, sur plusieurs proprits de l'alliage comme :* les caractristiques mcaniques (charge de rupture Rm, limite lastique Rp02, l'allongement la rupture A%,la duret HB),* la masse volumique,* les conductivits lectrique et thermique,* la rsistance la corrosion,* l'aptitude au soudage,* l'usinabilit,* l'aptitude la dformation,* l'aptitude l'anodisation.


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L'aluminium est capable de se " marier " avec grand nombre d'autres lments donnant ainsi naissance beaucoup d'alliages diffrents ayant un faisceau de proprits trs larges et permettant de satisfaire un grandnombre d'applications.Les alliages d'aluminium sont classs en sept familles selon l'lment principal d'addition. Dans chaque famille,les diffrents alliages ont des caractres " gntiques " communs mais ont aussi chacun leur proprepersonnalit. Les alliages sont communment dsigns par un numro 4 chiffres dont le premier dsigne lafamille :

aluminium sans lment d'addition : 1000aluminium + cuivre : 2000aluminium + manganse : 3000aluminium + silicium (alliages de moulage) : 4000aluminium + magnsium : 5000aluminium + magnsium + silicium : 6000aluminium + zinc + magnsium : 7000

Le tableau suivant donne les dsignations des principaux alliages des 6 familles d'alliages de corroyage (l'exception de la famille 4000), et compare les dsignations franaises et trangres.

France ISOCEN Allemagne USA

Grande Bretagne Nouveau Ancien Nouveau Ancien

1000 : aluminium sans lment d'addition 1050A A5 Al99.5 Al99.5 3.0255 (1050) 1B 1050A 1070A A7 Al99.7 Al99.7 3.0275 (1070) - -1080 A8 Al99.8 Al99.8 3.0285 1080 1A 1080A 1200 A4 Al99.0 Al99 3.0205 - 1C 1200

2000 : aluminium + cuivre 2011 AU5PbBi AlCu6BiPb AlCuBiPb 3.1655 2011 FC1 2011 2014 AU4SG AlCu4SiMg AlCuSiMn 3.1255 2014 (H15) (2014A)

2017A AU4G AlCu4MgSi AlCuMg1 3.1325 (2017) - - 2024 AU4G1 AlCu4Mg1 AlCuMg2 3.1355 2024 - - 2030 AU4Pb AlCuPbMg (AlCuMgPb) (3.1645) - - -

2618A AU2GN AlCu2MgNi - - (2618) H16 2618A 3000 : aluminium + manganse

3003 AM1 AlMn1Cu AlMnCu 3.0517 3003 (N3) (3103) 3004 AM1G AlMn1Mg1 AlMn1Mg1 3.0526 3004 - -

5000 : aluminium + magnsium 5005 AG06 AlMg1 (AlMg1) (3.3315) 5005 N41 5005 5052 - AlMg2.5 AlMg2.5 3.3523 5052 - -

5056A AG5 AlMg5 AlMg5 3.3555 (5056) N6 5056A 5083 AG4,5 AlMg4.5Mn AlMg4.5Mn 3.3547 5083 N8 5083 5086 AG4MC AlMg4 AlMg4Mn 3.3545 5086 - - 5454 - AlMg3Mn AlMg2.7Mn 3.3537 5454 N51 5454 5754 AG3M AlMg3 AlMg3 3.3535 - - -

6000 : aluminium + magnsium + silicium 6005A - AlSiMg AlMgSi0.7 3.3210 - - - 6060 AGS AlMgSi AlMgSi0.5 3.3206 (6063) (H9) (6063) 6061 - AlMg1SiCu AlMg1SiCu 3.3211 6061 H20 6061 6082 ASGM0.7 AlSi1Mg AlMgSi1 3.3215 - H30 6082

7000 : aluminium + zinc + magnsium 7020 AZ5G AlZn4.5Mg1 AlZn4.5Mg1 3.4335 (7005) H17 7020 7075 AZ5GU AlZn6MgCu AlZnMgCu1.5 3.4365 7075 - 7075


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ISO : International Standard Organization (Normes mondiales)CEN : Comit Europen de Normalisation (Normes europennes)Dsignations entre parenthses = alliage similaire l'alliage franais mais non totalement identique.

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4. Influence des conditions de fabrication - Etats mtallurgiques

Il est possible d'augmenter la rsistance mcanique de l'aluminium et de tous ses alliages par dformation froid appele crouissage. Cette dformation diminue simultanment l'aptitude des alliages la dformation froid ( qu'il est possible de lui faire recouvrer par un traitement thermique de recuit qui confre au mtal sarsistance mcanique minimum ).L'crouissage a des effets sur plusieurs proprits de l'alliage :- la charge de rupture, la limite lastique et la duret augmentent, alors que l'allongement la rupture et lacapacit de dformation froid diminuent,- la conductivit lectrique diminue,- la rsistance la corrosion diminue.

Le traitement thermique de recuit a les effets inverses.

L'crouissage est la seule faon de durcir les alliages sans durcissement structural (alliages non trempants).Ces alliages appartiennent aux 3 familles suivantes :

1000 aluminiums sans lments d'addition3000 aluminium + manganse5000 aluminium + magnsium

Les autres familles peuvent tre durcies en plus par traitements thermiques de durcissement structural.

Entre l'tat recuit et l'tat le plus dur normalement produit, il est dfini plusieurs tats intermdiaires ; ces tats,dont les niveaux de duret atteints sont croissants, peuvent tre obtenus de deux faons : soit en partant d'unalliage compltement recuit et en l'crouissant partiellement, soit en partant d'un alliage compltement croui eten le recuisant partiellement (tats partiellement recuits ou restaurs) ; l'crouissage introduisant descontraintes internes au mtal, il est ncessaire pour certaines applications de les supprimer par un traitement destabilisation qui ne modifie que trs peu les caractristiques mcaniques de l'alliage.Le tableau ci-dessous donne les dsignations normalises des tats crouis :

Niveau de duret Etats crouis Etats restaurs Etats stabiliss Recuit O 1/8 dur H11 H31

1/4 dur H12H13 H22 H32

1/2 dur H14H15 H24 H34

3/4 dur H16H17 H26 H36 4/4 dur H18 H28 H38

extra dur H19

Il existe de plus d'autres tats crouis :H111 : recuit et lgrement croui (moins que H11) par exemple par traction ou planage,H116 : s'applique aux alliages 5000 dont la teneur en magnsium est suprieure 4 % et pour lesquels deslimites de caractristiques mcaniques et une rsistance la corrosion exfoliante sont spcifies.

Les alliages des familles 2000, 6000 et 7000 peuvent tre durcis par traitement thermique de mise en solution et


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trempe, suivi d'un durcissement structural qui s'effectue :- soit la temprature ambiante (maturation ou vieillissement naturel),- soit par chauffage (revenu ou maturation acclre ou vieillissement artificiel).C'est par ces traitements qu'ils atteignent leurs caractristiques maximales ; de plus, il est possible de combinerdurcissement par crouissage et durcissement par traitement thermique de mise en solution, trempe etmaturation ou revenu.La mise en solution, traitement thermique haute temprature peut tre faite dans un four mais pour certainsalliages, en particulier ceux de la famille 6000, elle peut tre faite au cours d'une opration de dformation chaud.

Le tableau ci-dessous donne la dsignation normalise des tats ainsi obtenus valables en France et en Europe:

Oprations Traitement au four Dformation chaud Trempe + maturation T4 T1Trempe + crouissage + maturation T3 T2Trempe + revenu T6 T5Trempe + sous-revenu T61 T51Trempe + sur-revenu T66 T56Trempe + sur-revenu dsensibilisant lacorrosion sous contrainte T73 -

Trempe + sur-revenu dsensibilisant lacorrosion exfoliante T76 -

Trempe + crouissage + revenu T8 T10Trempe + revenu + crouissage T9 -

T51, T56 : tat normalis uniquement dans la norme europenne NF EN 515 (Octobre 1993).T10 : tat normalis uniquement dans la norme franaise NF A 02-006 (Novembre 1985) qui est annule etremplace par la norme europenne.

La trempe qui suit le traitement thermique de mise en solution introduit dans beaucoup de produits descontraintes internes qui les dforment, et qui peuvent nuire certaines applications ; les produits sont alorsdtentionns par traction, par compression ou par ces deux oprations combines ; la dsignation des tatscorrespondants est obtenue en ajoutant derrire les chiffres, qui suivent la lettre T, donns dans le tableauci-dessus, les chiffres suivants :

Txx51 ou Txx510 : dtentionnement par traction sans aucun dressage complmentaireaprs la traction.Txx511 : dtentionnement par traction suivi d'un dressage.Txx52 : dtentionnement par compression.Txx54 : dtentionnement par traction et compression combines.

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5. Caractristiques typiques des alliages et des tats de livraison

Le tableau ci-dessous donne des valeurs typiques de la composition et d'un certain nombre de propritsphysiques des alliages usuellement utiliss.

Alliage Composition en % Masse

volumiquekg.dm-3

Conductivitlectrique

%IACS

ConductivitthermiqueW.m-1.K-1Fe Si Cu Mn Mg Cr Zn Pb

1050A 0,20 0,15 2,70 62 231 2017A 0,50 4,0 0,7 0,7 2,79 34 134 2024 4,3 0,6 1,5 2,77 30 120 2030 3,9 0,6 0,9 1,1 2,82 34 135 5083 0,7 4,4 0,15 2,66 29 120 5086 0,4 4,0 0,15 2,66 31 126 5754 0,3 3,1 0,3 2,67 33 132


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6060 0,20 0,45 0,48 2,70 52 200 6082 1,00 0,7 0,9 2,71 41 174 7075 1,6 2,5 0,23 5,6 2,80 33 130

Le tableau ci-dessous donne des valeurs typiques des caractristiques mcaniques, des proprits de mise enoeuvre et des applications types de ces alliages.

Alliage Etat

Caractristiquesmcaniques

Rsist.corrosion

Aptitu.soudage Usina.

Aptitu.dform.

Aptitu.anodis. Applications

RmMPa

Rp02MPa A%

1050AO 80 30 42 A A C A A Btiment,

CuisineH24 115 80 25 A A B B A 2017A T4 420 280 18 C D A C C Mca.Gn 2024 T3 465 320 18 C D B D C Aro. 2030 T3 450 390 10 C D A C C Dcolletage

5083O 305 160 23 A A C B A

Chimie,cryotransportH116 335 230 20 A A B B A

5086O 278 135 25 A A C B A Chimie, cryo

C. navaleH22 310 225 18 A A B D A

5754O 220 100 23 A A C B A

Chaudron.,marineH24 270 215 10 A A B D A

6060 T5 220 190 16 A B C C A Btiment 6082 T6 315 280 12 A B C C A Transport 7075 T6 565 495 11 C D B D B Aro

A : trs bon - B : bon - C : moyen - D : mauvais, dconseiller

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6. Classement des alliages suivant leur utilisation

Usinage dcolletage - Soudage - Utilisations structurales - Contraintes mcaniques leves

- Rsistance la corrosion - Composition - Etats mtallurgiques - Oxydation anodique

- Conducteur lectrique - Rsistance hautes et basses tempratures - Exemples d' utilisation

Usinage - Dcolletage

L'aluminium et ses alliages s'usinent avec facilit condition de prendre quelques prcautions aux grandesvitesses de coupe et d'utiliser des outils adapts. Les alliages d'aluminium s'usinent mieux que l'aluminium pur ;c'est en particulier le cas des alliages durcissement structural. D'une manire gnrale, les alliages hautescaractristiques mcaniques, et donc capacit de dformation froid faible, s'usinent bien.

Les alliages - tats les plus adapts l'usinage sont les suivants :2017A T4, 2024 T3 ,2618A T8515083 H1116082 T67075 T651

Les alliages spcifiques pour le dcolletage contiennent du plomb ou du plomb et du bismuth (lments quifavorisent grandement la fragmentation du copeau) sont les suivants :2011 T3, 2030 T36262 T9


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Soudage

Si de faon gnrale tous les alliages d'aluminium sont soudables, ils ne se comportent pas tous de manireidentique ; il faut distinguer trois classes d'alliages :

* les alliages sans durcissement structural (familles 1000, 3000 et 5000)Ils ont une bonne soudabilit ; lorsqu'ils sont utiliss l'tat recuit, ils ne subissent pas de perte sensible decaractristiques mcaniques au niveau de la soudure.Par contre lorsqu'ils sont l'tat croui, le durcissement d l'crouissage disparat au voisinage de la soudure.Les alliages - tats typiques sont les : 1050A O ,3003 O ,5083 H111, 5086 O ; l'addition de chrome dans cesdeux derniers alliages amliore encore leur soudabilit.

* les alliages durcissement structural exempts de cuivre (famille 6000 et certains alliages de la famille 7000).Le cycle thermique de soudage affecte les caractristiques mcaniques du mtal de base qui est gnralement l'tat tremp-revenu ; cette perte est dfinitive pour les alliages de la famille 6000 sauf s'il est possibled'effectuer un nouveau traitement de revenu sur la structure soude ; les alliages de la famille 7000 retrouventune partie notable de leurs caractristiques initiales par maturation la temprature ordinaire.Les alliages - tats typiques sont les : 6060 T5, 6082 T6 ,7020 T5.

* les alliages durcissement structural contenant du cuivre (famille 2000 et certains alliages de la famille 7000)Ces alliages sont dans l'ensemble difficilement soudables parce que, d'une part, ils sont sujets aux criques lorsde la solidification de la soudure et que, d'autre part, leurs caractristiques mcaniques aprs soudage sontfortement diminues. Toutefois ces alliages sont plus ou moins sensibles ces phnomnes : le 2618A T851est peu sensible aux criques. L'utilisation du procd TIG grande concentration d'nergie et protectiongazeuse accrue permet une amlioration notable des rsultats.

Utilisations structurales

Les alliages d'aluminium sont trs utiliss pour des applications structurales faisant concurrence aux aciers.Le module lastique des alliages d'aluminium, de l'ordre du tiers de celui des aciers, conduit, pour viter desflchissements trop importants, augmenter les paisseurs des sections par rapport celles des aciers ; de cefait, l'allgement rsultant du remplacement de l'acier par un alliage d'aluminium n'est pas dans le rapport desdensits mais est compris entre 40 % et 60 %. Cependant, la possibilit d'obtenir avec les alliages d'aluminiumdes profils complexes permet de compenser le faible module lastique du mtal par une forme des profils quiconduit un moment d'inertie lev.Les alliages - tats les plus utiliss sont les :5083 H22, 5086 H24 ,5754 H246005A T5 ,6061 T6, 6082 T67020 T5

Contraintes mcaniques leves

Lorsque les constructions sont soumises des contraintes importantes, l'emploi des alliages ci-dessusconduirait des paisseurs ou des sections incompatibles avec l'allgement recherch. Il est ncessaire alorsd'utiliser des alliages trs hautes caractristiques mcaniques ; ces alliages ont en contrepartie une faiblersistance la corrosion, une faible capacit de dformation froid et des difficults tre souds ce qui limiteleur emploi des applications bien particulires.Les alliages - tats utiliss sont les :2014 T6 ,2017A T4 ,2024 T37075 T6

Rsistance la corrosion

Les alliages d'aluminium sont rputs comme rsistant relativement bien la corrosion. Cependant, danscertaines conditions d'exposition, ils peuvent subir un endommagement. Celui-ci peut se manifester sousdiffrentes formes qui dpendent de la composition de l'alliage et de son tat mtallurgique.

Composition

* Plus la teneur en impurets fer et silicium est faible, plus l'aluminium et ses alliages rsistent la corrosion.


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* Les alliages de la famille 3000 rsistent aussi bien la corrosion que l'aluminium de puret commerciale.* Les alliages contenant du cuivre (famille 2000 et certains alliages de la famille 7000) rsistent mal lacorrosion.* Les alliages de la famille 5000 rsistent bien la corrosion si la teneur en magnsium ne dpasse pas 4 %. Audel de cette teneur, il est ncessaire de traiter thermiquement le mtal (tat H116).* Les alliages de la famille 6000 ont un bon comportement et ceci d'autant plus qu'ils ont une trs bonneaptitude l'anodisation qui forme une couche d'alumine paisse et protectrice.* Les alliages de la famille 7000 sans cuivre rsistent bien la corrosion. Certains alliages basse teneur enzinc sont utiliss comme placage de protection des tles en alliage 7000 au cuivre destines l'aronautique.

Etat mtallurgique

* Les tats crouis rsistent globalement moins bien que les tats recuits.* Les tats tremps revenus (T5 et T6), qui confrent l'alliage ses caractristiques maximales, rsistent moinsbien que les tats sur-revenus (T7).

Le milieu en contact duquel est plac l'alliage d'aluminium a aussi son importance. Si le pH de ce milieu estcompris entre 4 et 9, la couche d'alumine n'est pas dissoute et le mtal rsiste bien.Dans des milieux acides (pH

La conductivit des alliages d'aluminium varie de 63 % pour l'aluminium pur moins de 30 % pour certainsalliages des familles 2000, 5000 et 7000.Les conducteurs lectriques sont fabriqus avec des alliages de deux familles :1000 lorsque la rsistance mcanique de l'aluminium est suffisante,6000 lorsque le conducteur doit avoir une rsistance mcanique suprieure.

Rsistance haute et basse temprature

L'alliage dont la rsistance mcanique ne diminue pratiquement pas jusqu' une temprature de 150C est le2618A :

Temprature 20C 150C 200C Charge de rupture 440 MPa 390 MPa 320 MPa

Pour les basses tempratures, atteintes dans des applications cryogniques comme le stockage et le transportdes gaz liqufis, on utilise le 5086 dont la charge de rupture augmente basse temprature :

Temprature 20C 80C 195C Charge de rupture 278 MPa 295 MPa 390 MPa

Exemples d'utilisations et principaux alliages utiliss :

Mcanique gnralePices de machines diverses : 2017AVisserie, boulonnerie, rivets (rivets Pop) : 7075, 5754Moules pour la plasturgie : 7075Semelles d'outillage de dcoupe : 7075Baguettes de soudure : 2219, 4043

Aronautique et armementMunitions, tourelles de char, blindages : 2024, 7020, 7049Structures d'avions, tles de fuselage : 2024, 2014, 7075, 2618A

Chimie, produits alimentairesUstensiles de cuisine (casseroles, poles) : 3003, 4006Capsules, botes de conserve, emballages, arosols : 3105, 1050ACuves d'acide nitrique, changeurs : 1200, 3003Tubes d'irrigation : 3003

ElectricitCbles haute tension : 1370Mplats conducteurs : 6101Ossature d'armoires lectriques : 6060Culots de lampes, pylnes : 6106

TransportRidelles, bennes, citernes : 5086Voitures de chemin de fer : 6005ACaravanes, habillage de camions et d'autocars : 3003Echangeurs, radiateurs, cryognie : 1200, 3003, 5086Panneaux de signalisation : 6060

SportCannes de ski, inserts dans les semelles de ski : 7020, 7075Mousquetons d'alpinisme : 7075, 7010Articles de camping : 1050A, 3003Meubles de jardin : 3003


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7. Forme des produits - Dfinitions

7.1 Produits longs

Ils sont obtenus par filage ou filage plus tirage ou trfilage.

Barres : produits livrs en longueur droite dont la section est identique sur toute la longueur et qui a une formeronde, carre ou hexagonale (appele 6 pans).Fils : produits de section ronde et de trs grande longueur livrs enrouls en couronnes.

Tubes : produits creux livrs en longueur droite dont l'paisseur est constante tout autour de la section ; celle-cipeut avoir une forme ronde ou carre.

Mplats : produits livrs en longueur droite de section rectangulaire dont le rapport largeur sur paisseur nedpasse pas 10.

Profils : produits livrs en longueur droite dont la section peut avoir une forme simple, en L, appels aussicornire, en U, en T, ou une forme plus complique dont la description complte ncessite un plan cot. Ils sontsouvent classs par leur poids au mtre.

7.2 Produits plats

Ils sont obtenus par laminage ; leur section est rectangulaire et le rapport largeur sur paisseur est suprieur 10.

Tles : produits lamins livrs plat ; leur longueur est donc une dimension de livraison.On distingue les tles minces, dont l'paisseur est comprise entre 0,2 et 1 mm, les tles moyennes, dontl'paisseur est comprise entre 1 et 20 mm et les tles fortes, dont l'paisseur est suprieure 20 mm.Elles peuvent tre livres nues ou revtues d'un film de protection adhsif ; elles peuvent tre plaques c'est--dire colamines avec une tle de faible paisseur dans un alliage rsistant bien la corrosion ; elles peuventtre graves (tles plancher).Bandes : ce sont les mmes produits que les tles minces et moyennes de faible paisseur, livrs enrouls enrouleaux.

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8. Technologies de mise en oeuvre

8.1 Usinage

L'aluminium et ses alliages possdent une bonne aptitude au travail par outils coupants, mais il y a lieu de tenircompte d'un certain nombre de particularits propres ces matriaux.- Les alliages lgers ont une faible densit qui diminue les effets d'inertie et permet des vitesses de rotation etde translation leves.- La conductivit thermique leve favorise le refroidissement, la chaleur tant vacue presque totalement parles copeaux.- Le faible module d'lasticit peut entraner des dformations en cas de porte faux.- Les alliages contenant plus de 1 % de silicium (famille 4000, 2014A, 6081, 6181, 6082, 6351A) usent plusrapidement les outils, ce qui oblige rduire la vitesse de coupe.

Pour tenir compte de ces particularits, il est judicieux d'utiliser :- des machines puissantes, de 150 250 Wh/dm3 de copeaux et rapides car les vitesses de travail sont de 5 10 fois suprieures celles convenant aux aciers.- les outils ont des angles de coupe de 15 pour les alliages durs, 20 30 pour les alliages faible duret ; lesdpouilles varient de 8 12.- la profondeur de passe peut tre importante, jusqu' 5 mm, mais le faible module d'lasticit interdit degrandes avances qui doivent tre limites 0,2 mm/tour.- pour la lubrification, l'huile soluble est conseille pour les oprations d'bauchage au tour et la fraiseuse ;l'huile de coupe est prfrable pour les oprations de finition, de taraudage et de sciage la scie circulaire.- les vitesses dpendent des alliages et des outils de coupe utiliss ; le tableau ci-aprs donne des vitesses


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indicatives de tournage en m/min :

Alliages Outil acier rapide Outil carbure 1000, 3000, 5000 800 1000 suprieure 1000

2000, 7000 600 800 1000 2014A, 5056A, 5086, 6082 400 600 600 800

8.2 Traitements de surface

Plusieurs objectifs sont dvolus aux traitements de surface :* prparer la surface pour un assemblage ou un traitement de surface ultrieur,* amliorer l'aspect et le rendre durable,* protger la surface contre la corrosion.

Traitements laissant la surface nue :

- traitements mcaniques

* polissage : bufflage l'meri, tamponnage la pte polir, avivage la pte aviver.* satinage mcanique ou brossage pour obtenir un aspect mat.* sablage, grenaillage pour recouvrement mtallique ou peinture ; le grenaillage amliore la rsistance lafatigue de la pice.

- traitements chimiques

* dgraissage en solvants, en vapeur de solvants ou en bain acide.* dcapage en bain de soude (3 10 % dans de l'eau 40-70C) suivi d'une neutralisation en bain d'acidenitrique (tous alliages sauf famille 2000) ou d'acide sulfochromique (famille 2000) et rinage.* brillantage en bain phosphorique-nitrique.

Traitements avec revtement protecteur :

- conversion chimique : procd MBV, procd Alodine.

- anodisation : ce procd consiste former la surface du mtal une couche d'alumine par lectrolyse dans unbain acide. Cette couche de quelques dizaines de microns est poreuse, prsentant des pores perpendiculaires la surface qu'il faut refermer pour que la couche soit vraiment protectrice ; ceci se fait par colmatage entrempant la pice dans de l'eau bouillante ; on peut pralablement introduire dans les pores des pigments quivont donner la teinte voulue la surface aprs colmatage.

- revtements mtalliques : zingage, cuivrage, nickelage, chromage, tamage.

- peintures, laques, vernis, maux.

8.3 Traitements thermiques

Le tableau ci-dessous donne les plages de tempratures utiliser selon les familles d'alliages pour les diffrentstypes de traitement thermique.La prcision des tempratures atteintes pour les traitements de mise en solution et de revenu est importante :elle doit tre au plus de 5C.

Familled'alliage Recuit Restauration

Mise ensolution Revenu

1000 325-360C 225-280C - -

2000 375-410C refroidissement lent(40C/h) - 475-530C 160-190C 3000 345-400C 250-300C - - 5000 345-380C 240-280C - -


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6000 365-410C refroidissement lent(40C/h) - 530-535C 165-185C

7000 375-410C refroidissement lent(40C/h) - 450-465C 100-177C

8.4 Procds d'assemblage

Soudage

L'aluminium se recouvre spontanment l'air d'une pellicule protectrice continue d'oxyde dont le point de fusionest trs lev (2020C). Trs stable, cette couche d'alumine est un obstacle qu'il convient d'liminer au momentdu soudage.Le soudage oxyactylnique est utilis gnralement pour des paisseurs jusqu' 3 mm. Il ncessite l'emploid'un produit chimique dcapant, le flux de soudage, pour liminer la couche d'alumine ; le flux est port par labaguette d'apport et doit fondre une temprature lgrement infrieure celle de la baguette ; il doit trelimin aprs soudage car il entrane une corrosion de l'aluminium.Le soudage l'arc sous gaz inerte a l'avantage de ne pas ncessiter l'emploi de flux de soudage. Le procdTIG (Tungsten Inert Gas) utilise une lectrode rfractaire en tungstne thori ; le soudage est fait gnralementen courant alternatif sous argon. Le procd MIG (Metal Inert Gas) utilise le mtal d'apport comme lectrode ; ilest pratiqu en courant continu en polarit inverse (ple ngatif la pice) sous argon, ce qui permet une bonnelimination de la pellicule d'oxyde.Les alliages d'aluminium peuvent aussi tre souds lectriquement par point ou la molette, par bombardementlectronique qui permet de souder en une passe des paisseurs atteignant 150 mm, par frottement et pression,par induction haute frquence ou par ultrasons.

Brasage

Dans le cas du brasage fort, le mtal d'apport est un alliage d'aluminium dont la temprature de fusion estsuprieure 450C et infrieure celle des pices assembler. Les familles d'alliages brasables sont : 1000,3000, 5000 dont la teneur en magnsium est infrieure 3 %, 6000 et 7000 exempts de cuivre.Dans le cas du brasage tendre, le mtal d'apport a une temprature de fusion infrieure 450C ; ce sont desalliages d'tain (temprature de fusion entre 180C et 260C), des alliages de zinc (temprature de fusion entre350C et 420C), ou des alliages de cadmium (temprature de fusion entre 280C et 320C).Dans tous les cas il est ncessaire d'utiliser un flux de dcapage avant brasage qu'il faut liminer aprsbrasage.

Rivetage

Cette vieille technique est utilise dans le cas d'assemblage sollicits mcaniquement, les efforts tant exercsdans le plan de joint des tles ou des pices.Les alliages utiliss pour les rivets doivent tre des alliages d'aluminium, compatibles avec les alliages despices assembler pour viter les risques de corrosion galvanique.Les rivets sont gnralement fabriqus dans les alliages 1050A et 3003 recuits ou crouis, 5754 et 5086 recuits,6061 et 6181 tremps et 2017A poss sur trempe frache.

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9. Prcautions d'emploi

Les produits en aluminium ont une surface fragile. Ils sont sensibles aux coups et aux rayures. De plus, lesproduits ne sont pas parfaitement rigides et peuvent tre dforms. Il est indispensable de les manipuler et deles stocker en prenant un certain nombre de prcautions :- viter tous les chocs avec des pices mtalliques,- ne pas stocker les produits directement sur d'autres produits,- viter les frottements entre produits,- si le stockage vertical n'est pas possible, il faut stocker les produits horizontalement avec suffisamment desupports pour que les produits ne se dforment pas.


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Les produits en aluminium, mme s'ils sont protgs par leur pellicule d'alumine, sont sensibles la corrosion :- les produits qui ont t mouills doivent tre parfaitement schs avant stockage,- il faut viter tout phnomne de condensation ; celle-ci arrive lorsque des produits viennent de l'extrieur o ilfait froid et qu'on les stocke dans un hall chauff. Il faut dballer les produits et les laisser se rchaufferdoucement dans un endroit ar,- la pellicule d'alumine naturelle a une paisseur de l'ordre de 100 (10-5 mm) ; elle est attaque par les acidesforts, acide chlorhydrique, sulfurique ou nitrique, et par les bases comme la soude caustique.Dans le cas de contact avec d'autres mtaux en prsence d'un liquide conducteur qui sert d'lectrolyte, c'est leplus souvent l'aluminium qui est attaqu ; c'est le cas lorsque l'alliage d'aluminium est en contact avec le cuivreet les alliages cuivreux comme les laitons, le nickel, les aciers inoxydables non passivs, le fer, les aciers ...

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Alliages d' Aluminium

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