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Les alliages d'aluminium pour corroyage sont des alliages à base d'aluminium destinés pour la majorité à être transformés par des techniques de laminage, filage, matriçage, forge, etc. Ils sont à distinguer des alliages d'aluminium pour fonderie.
Conformément aux directives de l'Aluminium Association (en) (Washington DC 2006, États-Unis), les alliages d'aluminium sont désignés à l'aide d'un système numérique de quatre chiffres. Ces derniers identifient la composition chimique de l'alliage. Ce groupe de quatre chiffres est parfois suivi d'une lettre indiquant une variante nationale.
La norme européenne EN 573-1 indique que cet ensemble de quatre chiffres doit être précédé pour les alliages destinés à être corroyés par le préfixe EN, les lettres « A » (aluminium), « W » (pour les produits corroyés, en anglais : wrought) et un tiret « - ».
Exemple : EN AW-4007.
La notation complète est rarement utilisée. Par souci de simplification, seule la désignation à quatre chiffres sera utilisée dans le reste de l'article. C'est la notation la plus utilisée.
Exemple : la teneur en fer (Fe) des alliages 7075 (maximum 0,50 %) et 7175 (maximum 0,20 %).
Les alliages d'aluminium destinés à être corroyés peuvent être classés en deux familles en fonction du type de transformation ou de traitement qui permettront d'obtenir les caractéristiques mécaniques et de résistance à la corrosion :
6000 7000
3000 4000 5000
La désignation des alliages d'aluminium est indiquée dans la norme européenne EN 515 (Aluminium et alliages d'aluminium – Produits corroyés – désignation des états métallurgiques).
Les pièces en alliage d'aluminium obtenues par déformation sont classées en état métallurgique. Il y a 5 états normalisés, classifiés par une lettre :
La lettre H est suivie par 2 ou dans certains cas 3 chiffres.
Exemples : 5086 H16, 5083 H112.
Le premier chiffre indique le type de gamme thermomécanique. Le deuxième chiffre donne le degré d'écrouissage et donc le degré de caractéristique mécanique. Ce deuxième chiffre a généralement les valeurs suivantes :
L'éventuel troisième chiffre désigne une variante.
La lettre T est suivie par une séquence de 1 à 5 chiffres.
Le premier chiffre indique le type de traitement thermique. Les plus classiques sont :
Les chiffres suivants indiquent des variantes. Si la séquence de chiffre se termine par :
Exemples : 2014 T651, 2014 T62.
Pour les états T7, le deuxième chiffre indique le degré de sur-revenu. Ce chiffre va de 9 (faiblement sur-revenu) à 3 (sur-revenu maximum).
Les caractéristiques mécaniques décroissent en allant de 9 à 3. À l'inverse, la résistance à la corrosion croît.
La suite de l'article mentionne un certain nombre d'exemples d'alliages. La liste n'est pas exhaustive.
De même, les caractéristiques mécaniques qui sont indiquées ne figurent qu'à titre d'exemple afin de situer des ordres de grandeurs. Les modes de transformation et/ou de traitement thermique pouvant modifier sensiblement ces valeurs. Pour les valeurs précises et correspondant exactement à un cas donné, il faut se reporter aux normes ou aux informations du producteur.
Il ne s'agit pas à proprement parler d'alliage puisqu'il s'agit de nuances, en principe sans ajout d'éléments. Cependant, les différentes nuances de la série 1000 se distinguent par la présence plus ou moins importante d'impuretés. Souvent, le troisième chiffre indique le degré de pureté en donnant la valeur de la première décimale à ajouter à 99 % (exemple : l'alliage 1050 contient 99,5 % d'aluminium).
Parmi ces nuances, l'alliage 1050 est le plus représenté. Il est utilisé dans de très nombreuses applications et souvent pour des applications de grande consommation : cuve, échangeur, bardage pour bâtiment, emballage, matériel ménager.
Les alliages dits raffinés contiennent plus de 99,99 % d'aluminium. Ils trouvent leurs applications principales dans l'industrie de l'électronique ou de l'optique : condensateur, microprocesseur mais également dans la fabrication de pièces de réflexion. Dans ces deux cas, la présence d'impuretés peut provoquer des erreurs ou des pannes. Un des représentants de cette classe d'alliage est le 1199.
Les concentrations sont en pourcentage massique.
L'élément d'alliage de la famille 2000 est le cuivre (Cu). Ils obtiennent leurs caractéristiques mécaniques par durcissement structural. Ils sont caractérisés par de bonnes caractéristiques mécaniques notamment à l'état trempé revenu ou maturé. C'est grâce à ces caractéristiques mécaniques qu'ils ont été choisis pour les applications aéronautiques. Ils présentent également de bonnes aptitudes de tenue à chaud et pour le décolletage. Cependant, ils ont une résistance à la corrosion faible en atmosphère corrosive du fait de la présence de cuivre.
Ces alliages ont de nombreuses applications en aéronautique et en mécanique. En général, ils sont utilisés pour des pièces soumises à des contraintes.
Le 2017 (ou AU4G) anciennement appelé en France duralumin est utilisé pour ses bonnes aptitudes à l'usinage. Il a été découvert par le métallurgiste allemand Alfred Wilm en 1906 grâce à l'effet du vieillissement d'un alliage d'aluminium et de cuivre. Peu après la Première Guerre mondiale, il a remplacé les toiles durcies par un vernis d'acétate de cellulose ou de nitrocellulose qui recouvraient les ailes et le fuselage des premiers avions[1]. Cependant, ses caractéristiques mécaniques sont moyennes.
L'alliage 2024 a de meilleures caractéristiques mécaniques grâce à un taux plus élevé en magnésium. Il présente une bonne tenue à la ténacité et à la propagation de criques (fissures). Le 2024 est très utilisé en construction aéronautique.
L'élément d'alliage de cette série est le manganèse (Mn). Pour certains alliages de cette famille, le taux de magnésium (Mg) est relativement important, on peut parler d'alliage aluminium manganèse magnésium (Al-Mn-Mg). Le manganèse a pour effet d'augmenter les caractéristiques mécaniques. Pour augmenter les caractéristiques mécaniques, il est également possible de jouer sur le taux de cuivre (jusqu'à 0,20 %). Ce sont des alliages à écrouissage. Leurs caractéristiques mécaniques ne sont pas obtenues par traitement thermique mais par la déformation à froid.
Ces alliages sont caractérisés par des caractéristiques mécaniques relativement faibles, une très bonne aptitude à la mise en forme, une bonne soudabilité et une bonne résistance à la corrosion.
L'alliage le plus représentatif de cette série est le 3003. L'alliage 3004 a une meilleure résistance mécanique grâce à l'apport de magnésium. Certains alliages de cette série ont été mis au point pour être émaillés (3009 par exemple).
Les applications de ces alliages sont les emballages (3004 : boîte boisson, boite de conserve), la chaudronnerie grâce aux bonnes caractéristiques à l'emboutissage, l'électroménager, le bâtiment.
L'élément d'alliage de cette série est le silicium (Si). Les alliages de la série des 4000 sont nettement moins utilisés que les alliages des autres séries. Les alliages aluminium silicium sont principalement des alliages de fonderie.
On peut distinguer :
(*) Le taux de béryllium est limité 0,0008 au maximum pour les électrodes de soudage.
L'élément d'alliage est le magnésium (jusqu'à 5 %). Ce sont des alliages par écrouissage.
Ces alliages ont des caractéristiques mécaniques moyennes qui augmentent avec le taux de magnésium. Ces caractéristiques augmenteront également avec le taux d'écrouissage.
Ils ont une bonne aptitude à la déformation. Cette aptitude diminuant si le taux de magnésium augmente. Ils ont un excellent comportement à la soudure et à ce titre sont utilisés en chaudronnerie soudure. Ils ont également un bon comportement aux basses températures. Ils ont un bon comportement à la corrosion qui justifie leur utilisation dans les applications marines.
Ils sont utilisés dans la construction navale, le transport, l'industrie chimique.
Les éléments d'alliage de cette série sont le magnésium (Mg) et le silicium (Si). Cette famille d'alliage a une grande importance industrielle. Elle est très utilisée pour les profilés.
Ils ont une très bonne aptitude à la déformation (filage, matriçage principalement) et à la mise en forme à froid à l'état recuit. Leurs caractéristiques mécaniques sont moyennes et sont inférieures à celles des alliages 2000 et 7000. Ces caractéristiques peuvent être augmentées par addition de silicium qui donnera le précipité durcissant Mg2Si. Ils ont une excellente résistance à la corrosion notamment atmosphérique. Ils se soudent très bien (soudure à l'arc ou brasage).
On peut les diviser en deux groupes :
Il faut également noter l'existence du 6101 anciennement appelé Almelec. Cet alliage a été énormément utilisé pour ses aptitudes de conducteur électrique. Il a notamment été utilisé pour la fabrication de lignes moyenne et haute tension en France.
L'élément d'alliage de cette série est le zinc (Zn). Globalement, ils ont de très bonnes caractéristiques mécaniques ; ce sont les alliages d'aluminium à haute résistance. Malheureusement, ces très bonnes caractéristiques mécaniques sont obtenues au détriment de la résistance à la corrosion.
Pour retrouver une bonne résistance à la corrosion, il faut effectuer ce qui est appelé un sur-revenu ou revenu à double palier (T7). Ce traitement se paie par une baisse des caractéristiques mécaniques.
Ces alliages se divisent en deux groupes : les 7000 avec addition de cuivre et les 7000 sans addition de cuivre.
Ce sont eux qui ont les meilleures résistances mécaniques (à l'état T6). Le sur-revenu fait baisser les caractéristiques mécaniques d'environ 20 %.
L'alliage le plus connu de ce groupe est le 7075 utilisé en aéronautique, armements, sport.
En les comparant avec les alliages avec cuivre, ils ont de moins bonnes caractéristiques mécaniques mais une meilleure résistance à la corrosion. Certains comme le 7020 présentent également de bonnes aptitudes à la soudure.
Normes européennes (CEN).