ALUMINIUM ET ALLIAGES D'ALUMINIUM

On utilise à 90% des aciers et alliages à base de fer. Cependant pour certaines applications les propriétés des alliages de fer sont insuffisantes. C'est pourquoi on est amené à utiliser des alliages différents, tel que les alliages d'aluminium même s'ils sont plus coûteux.

CARACTERISTIQUES PHYSIQUES :

Z=13

M=26.974

R(atomique) = 0.1428 nm

Distance interréticulaire = 0.4049 nm

Structure de CFC (Cubique Faces Centrées)

Compacité = 0.74

Masse volumique = 2700kg/m3 => faible => utilisé en aéronautique

Conductibilité électrique :

-62% de celle du Cuivre

-s'échauffe moins que le cuivre

CARACTERISTIQUES MECANIQUES :

Résistance à la corrosion :

Couche d'oxyde naturel (Al2O3) => utilisé pour les revêtements extérieur dans le bâtiment

Propriétés mécaniques :

A l'origine les propriétés mécaniques de l'alu sont relativement faible, néanmoins on peut les améliorer par :

• Ecrouissage

• Addition d'éléments

• Traitement thermique

Propriétés de mise en forme :

CFC => excellente ductibilité

T(fusion) basse = 660°C

• facile à mettre en forme

 module élasticité : 67 000 MPa

 module de torsion : 27 000 MPa

 Coefficient de Poisson : 0.34

• Température de travail élevée

• Très bonne résistance à la corrosion

• Léger

• Très bonne solidité, dureté, et rigidité

• Bon rapport force/poids

• Bonnes propriétés de protection contre les interférences électromagnétiques

• Bonne conductivité thermique

• Conductivité électrique élevée

• Bonnes caractéristiques de finition

• Entièrement recyclable

QUELQUES DEFINITIONS UTILES :

• Corroyer : mise en forme des demi-produits et des produits finis par déformation à chaud.

• Non trempants : qui ne peuvent subir aucun durcissement structural.

• Trempants : à durcissement structurel.

• Durcissement structural : procès thermique qui permettre d'avoir une répartition optimale des précipités.

Comporte trois stades :

ALLIAGES SANS DURCISSEMENT STRUCTURAL.

• Série 1000 : (99% Al au mois)

• Propriétés faibles à l'état recuit ECROUISSAGE

• Mise en forme par déformation plastique à froid.

• Excellente tenue en atmosphère humide et marine

• Grande conductibilité électrique et thermique.

• Excellente tenue aux très basses températures.

• Série 3000 : (Al-Mn )

• Très facile à déformer.

• Bonne résistance à la corrosion.

• Facilement soudable

• Remplacent l'aluminium non allié de la série 1000 quand on veut des meilleures propriétés mécaniques.

• Série 5000 : (Al-Mg )

• Un séjour prolongé à la température ambiante ou à une température un peu plus élevée provoque une précipitation de Mg2Al3 aux joints de grains, ce qui a des conséquences néfastes sur la résistance à la corrosion. Pour palier cette tendance, on soumet des alliages à écrouissage + recuit de stabilisation.

• Grande aptitude aux transformations à chaude et à froid.

• Excellente soudabilité.

• Très bonne résistance à la corrosion (on peut le monter encore plus par anodisation)

• Grande qualité de leurs états de surface après polissage et anodisation.

ALLIAGES À DURCISSEMENT STRUCTURAL.

• Série 2000 : (Al-Cu et Al-Cu-Mg)

• Durcissement dû à la précipitation de formes transitoires des composes d'équilibre CuAl2 et CuMgAl2.

• Excellentes propriétés mécaniques (descendent pour les zones adjacentes aux cordons de soudure).

• En rajoutant Fe + Ni, nous obtenons une précipitation de Al9Fe Ni qui nous donne une bonne tenue mécanique jusqu'à 230°C (fabrication des moteurs à turbine et structures d'avions supersoniques).

• À l'état trempé et vieille on a résistance médiocre à la corrosion.

• Série 6000 : (Al-Mg-Si )

• Normalement on a un rapport massique Mg/Si=1.73, si on a un excès de silicium on monte les propriétés mécaniques, mais on descende la résistance à la corrosion.

• En rajoutant Mn + Cr on monte la résistance mécanique, la ténacité, et on affin la taille des grains.

• En rajoutant Cu (< 0.5%) on monte les propriétés mécaniques.

• Excellente aptitude à la mise en forme à chaud.

• Bonne soudabilité

• Excellente résistance à la corrosion

• Série 7000 : (Al-Zn-Mg et Al-Zn-Mg-Cu)

• Propriétés mécaniques les plus élevées (après traitement thermique)

• Cu (<2%) durcit les alliages, descendre rempabilité, soudabilité et ténacité.

• + Cr (<0.3%) : on augmente leur résistance à la corrosion sous tension.

• Grand intervalle de températures de mise en solution + trempabilité + baisses températures de vieillissement se prêtent à traitements thermiques + soudabilité

• Faible résistance à chaud.

Les opérations de fonderie telle que la coulée du métal liquide, la solidification, ou le refroidissement du métal, détermine les propriétés de l'alliage.

Qualités alliages de fonderie :

• coulabilité

• absence de formation de criques (fissures à chaud)

• bonne répartition de la porosité

3 types de moules utilisés :

• métalliques (réutilisables) ( donne une structure plus fine à l'alliage)

• en sable

• en matériaux réfractaires

Les propriétés mécaniques de l'alliage découlent de la vitesse de solidification qui est liée qu type de moule utilisé.

Teneurs fortes en éléments d'alliages pour :

• obtenir de l'eutectique

• diminuer la température de fusion

• diminuer le temps de solidification

Exemples d'alliages d'alu :

Al-Cu : mauvaise coulabilité (+ Ni +Mg => bonnes propriétés à chaud)

Al-Si : Les plus utilisés

5 < %Si < 20

-bonne coulabilité

-bonne résistance à la corrosion

Al-Mg : Excellente résistance à la corrosion en atmosphère marine et à l'eau de mer

Mais coulabilité médiocre

Al-Zn-Mg : Une variation de la vitesse de refroidissement n'entraîne pas de changement des propriétés mécaniques (indépendant de l'épaisseur de la pièce)

CCL : L'alu et ses alliages sont utilisés partout !