Alliage d'aluminium Il est apprécié pour sa légèreté et sa grande résistance. De plus, il présente une résistance à la corrosion. Tous ces atouts font de l'alliage d'aluminium un matériau idéal pour des applications polyvalentes, notamment dans l'automobile, l'aérospatiale, les biens de consommation, etc.
Dans ce guide, nous allons explorer en profondeur l'alliage d'aluminium : sa composition, ses caractéristiques, ses propriétés, ses types et bien plus encore. Alors, commençons :
Qu’est-ce que l’alliage d’aluminium ?
Dans les alliages d'aluminium, d'autres éléments tels que le silicium, le zinc, le cuivre, etc. sont ajoutés à l'aluminium dans une proportion spécifique. La formation de cet alliage améliore les propriétés mécaniques et physiques de l'aluminium.
Par rapport à l'aluminium pur, l'alliage d'aluminium est plus durable et possède de meilleures propriétés physiques et chimiques. Cela le rend adapté à diverses applications. Par exemple, l'alliage d'aluminium et de magnésium est très léger et convient parfaitement aux utilisations aérospatiales.
De quoi est fait l'alliage d'aluminium ?
Dans l'alliage d'aluminium, l'aluminium pur est fondu jusqu'à son état liquide et des éléments d'alliage y sont ajoutés. Ces éléments peuvent constituer jusqu'à 15 % de l'alliage en masse. Les éléments d'alliage les plus courants ajoutés à l'aluminium sont les suivants :
Élément d'alliage majeur :
- Cuivre (Cu)
- Manganèse (Mn)
- Magnésium (Mg)
- Silicium (Si)
- Le zinc (Zn)
Élément d'alliage mineur :
- Chrome (Cr)
- Titane (Ti)
- Fer (Fe)
- Nickel (Ni)
- Lithium (Li)
Caractéristiques de base de l'alliage d'aluminium
- Résistance à la corrosion
- Légèreté
- Rapport résistance/poids élevé
- Point de fusion bas
- Conducteur électrique
- Conducteur thermique
- Formable
- Aucune interférence magnétique
- Recyclable
Propriétés de l'alliage d'aluminium
a. Propriétés physiques
Les propriétés physiques et mécaniques des alliages d'aluminium varient selon les gammes. Cette polyvalence le rend adapté à diverses applications.
| Série en alliage d'aluminium | Point de fusion (° C) | Résistance à la traction (MPa) | Limite d'élasticité (MPa) | Densité (g / cm³) | Conductivité électrique (% IACS) | Conductivité thermique (W/m·K) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Série 1000 | 660 | 70 – 180 | 30 – 110 | 2.71 | 60 – 65 | 230 – 235 |
| Série 2000 | 510 – 635 | 400 – 520 | 275 – 345 | 2.78 | 30 – 40 | 140 – 190 |
| Série 3000 | 600 – 655 | 110 – 285 | 95 – 185 | 2.73 | 40 – 50 | 160 – 180 |
| Série 4000 | 577 – 630 | 200 – 380 | 180 – 300 | 2.70 | 30 – 40 | 140 – 170 |
| Série 5000 | 580 – 640 | 200 – 350 | 90 – 290 | 2.68 | 28 – 32 | 160 – 210 |
| Série 6000 | 580 – 650 | 240 – 310 | 120 – 270 | 2.70 | 40 – 50 | 160 – 210 |
| Série 7000 | 475 – 635 | 450 – 600 | 380 – 500 | 2.80 | 30 – 35 | 130 – 150 |
| Série 9000 | Varie selon la composition | Varie selon la composition | Varie selon la composition | 2.74 | Varie selon la composition | Varie selon la composition |
b. Propriétés chimiques
L'alliage d'aluminium est très résistant à la corrosion. Cependant, les propriétés chimiques varient selon les compositions. Les voici :
| Série d'alliage | Éléments d'alliage | Résistance à l'oxydation | Réactivité | Résistance à la corrosion | Exigence de revêtement |
|---|---|---|---|---|---|
| Série 1000 | 99%+ Al | Haute | Low | Excellent | Non |
| Série 2000 | Al, Cu | Modérée | Haute | Modérée | Oui |
| Série 3000 | Al, Mn | Haute | Modérée | Bon | Non |
| Série 4000 | Al, Si | Modérée | Modérée | Bon | Non |
| Série 5000 | Al, Mg | Haute | Low | Excellent | Non |
| Série 6000 | Al, Mg, Si | Haute | Modérée | Bon | Non |
| Série 7000 | Al, Zn | Modérée | Haute | Modérée | Oui |
| Série 9000 | Varie selon la composition | Varie selon la composition | Varie selon la composition | Varie selon la composition | Varie selon la composition |
Types d'alliages d'aluminium
1. Alliages moulés
Fonte d'aluminium Les alliages sont composés d'éléments d'alliage majeurs comme le silicium, le cuivre, le magnésium ou le zinc. Vous pouvez créer des formes complexes en faisant fondre un alliage d'aluminium coulé et en le versant dans des moules. Ils sont largement utilisés dans les articles ménagers, les pièces mécaniques et l'industrie automobile.
2. Alliages forgés
Les alliages d'aluminium forgés sont traités mécaniquement par extrusion, laminage ou forgeage. Cela confère à l'alliage d'aluminium une plus grande résistance et une plus grande durabilité. Basés sur le renforcement par traitement thermique, les alliages forgés peuvent être de deux types :
- Alliages d'aluminium pouvant être traités thermiquement
- Alliages d'aluminium non traitables thermiquement
3. Classification des séries
En fonction des matériaux d'alliage et des propriétés, l'alliage d'aluminium est classé dans les séries suivantes :
| Série d'alliage d'aluminium | Élément d'alliage primaire | Propriétés | Applications |
|---|---|---|---|
| Série 1000 | Aluminium pur (≥ 99 % Al) | 1. Excellente résistance à la corrosion 2. Conductivité électrique et thermique élevée 3. Bonne maniabilité 4. Faible résistance | Conducteurs électriques, équipements chimiques, emballages alimentaires, échangeurs de chaleur |
| Série 2000 | Copper | 1. Haute résistance et dureté 2. Résistance à la corrosion plus faible 3. Non soudable | Structures aérospatiales, châssis de camions, composants d'aéronefs |
| Série 3000 | Manganèse | 1. Excellente formabilité 2. Bonne résistance à la corrosion 3. Ouvrabilité 4. Force modérée | Emballages de produits alimentaires et de boissons, équipements de cuisine, réservoirs chimiques |
| Série 4000 | Silicone | 1. Haute fluidité 2. Point de fusion bas 3. Bonne résistance à l'usure 4. Conductivité thermique élevée | Pièces de moteur automobile, métaux d'apport pour brasure, échangeurs de chaleur |
| Série 5000 | Magnésium | 1. Haute résistance à la corrosion 2. Résistance modérée à élevée 3. Bonne soudabilité 4. Ne peut pas être traité thermiquement | Structures marines, récipients sous pression, réservoirs de carburant, carrosseries de véhicules |
| Série 6000 | Magnésium et Silicium | 1. Bonne résistance à la corrosion 2. Force modérée 3. Bonne usinabilité 4. Excellente soudabilité 5. Traitement thermique | Applications structurelles, pièces automobiles, matériaux de construction, composants de ponts et de chemins de fer |
| Série 7000 | Zinc (et parfois Cuivre) | 1. Très haute résistance 2. Résistance à la corrosion plus faible 3. Traitement thermique | Châssis aérospatiaux, composants à hautes contraintes, articles de sport, pièces de suspension automobile |
Avantages de l'utilisation de l'alliage d'aluminium
Léger mais très résistant
L'alliage d'aluminium est léger et très résistant. Ces caractéristiques le rendent particulièrement adapté aux applications sensibles au poids. Par exemple, dans l'automobile, l'alliage d'aluminium est utilisé pour alléger les véhicules, ce qui permet d'économiser du carburant. Là encore, la légèreté de l'alliage d'aluminium le rend idéal pour une utilisation dans l'aérospatiale.
La résistance à la corrosion les rend adaptés aux environnements difficiles
La formation d'une fine couche d'oxyde sur la surface de l'aluminium le rend très résistant à la corrosion. Vous pouvez donc utiliser l'alliage d'aluminium à l'extérieur, dans les environnements marins, dans l'industrie chimique et dans les applications impliquant un contact avec l'humidité.
La nature durable et résistante de l'alliage d'aluminium élimine les tracas liés à un remplacement fréquent. Ainsi, l'utilisation d'un alliage d'aluminium réduit les tracas de maintenance et permet d'économiser de l'argent.
Application polyvalente
Les alliages d'aluminium sont très flexibles, ce qui les rend adaptés à des applications polyvalentes. Vous pouvez créer des structures complexes en forgeant, en laminant, en coulant ou en extrudant des alliages d'aluminium. Par exemple, l'alliage d'aluminium est utilisé dans le boîtier des ordinateurs portables, des smartphones et d'autres appareils électriques.
Conductivité thermique et électrique
Les alliages d'aluminium présentent des caractéristiques de conductivité électrique et thermique élevées. Ils sont donc adaptés aux applications qui nécessitent une transmission électrique ou une dispersion de chaleur. Par exemple, l'alliage d'aluminium est utilisé dans les systèmes de câblage, les dissipateurs thermiques et les conducteurs.
Recyclable et durable
L'aluminium peut être séparé de l'élément d'alliage avec seulement une fraction de l'énergie nécessaire. Cela les rend hautement recyclables, réduisant ainsi leur empreinte carbone. Les entreprises soucieuses de la durabilité privilégient l'utilisation d'aluminium recyclé, favorisant ainsi un environnement vert.
Efficacité des coûts
Bien que le coût initial de l'alliage d'aluminium soit élevé, à long terme, il s'avère rentable. Comme l'alliage d'aluminium est durable, vous n'avez pas besoin de le remplacer fréquemment. Cela vous permettra d'économiser de l'argent. Encore une fois, sa légèreté vous permet également d'économiser sur les frais de transport.
Limites de l'alliage d'aluminium
- Point de fusion bas : Par rapport aux métaux comme l'acier, l'alliage d'aluminium a un point de fusion bas. Cela le rend inadapté aux applications qui nécessitent des températures élevées.
- Sensibilité à la déformation : Sous de fortes contraintes et charges, les alliages d'aluminium peuvent se déformer. Cependant, avec une ingénierie et une conception appropriées, ce risque peut être minimisé.
- Moins résistant que certains autres métaux : Bien que les alliages d'aluminium offrent une résistance supérieure par rapport au poids, ils ne sont pas aussi résistants que l'acier ou le titane. Par conséquent, lorsqu'une résistance plus élevée est requise, l'alliage d'aluminium peut ne pas être un choix approprié.
- Défis en soudage : Comme l’alliage d’aluminium a une conductivité thermique plus élevée, il peut être difficile à souder.
Application de l'alliage d'aluminium
Aérospatiale et automobile
L'aluminium pèse environ un tiers du poids de l'acier. Cette légèreté en fait un matériau idéal pour la fabrication de pièces automobiles et aérospatiales. En réduisant le poids du véhicule, l'alliage d'aluminium maximise l'efficacité et la durabilité du carburant à long terme. De plus, cet alliage se comporte également bien lors des crash tests.
Secteur électrique et électronique
L'alliage d'aluminium est non magnétique, ce qui est essentiel pour la fabrication électronique, le blindage électrique, etc. De plus, il est un bon conducteur d'électricité. C'est pourquoi l'alliage d'aluminium est largement utilisé dans les appareils électroniques.
Bâtiment et construction
L'alliage d'aluminium est le deuxième élément primaire (après l'acier) utilisé pour les structures de construction. Comme il est léger et très résistant, c'est un métal très apprécié des constructeurs et des industries de construction.
Équipement médical
Les alliages d'aluminium sont largement utilisés dans les instruments chirurgicaux et autres dispositifs médicaux. Comme ils sont durables et ne rouillent pas, l'utilisation d'alliages d'aluminium est un excellent choix pour les applications médicales. Outre les lits d'hôpitaux, les fauteuils roulants, etc., sont également fabriqués en alliage d'aluminium. De plus, ils sont également utilisés dans les implants médicaux (par exemple, les plaques osseuses et les vis) en raison de leur biocompatibilité.
Bien de consommation
Les ustensiles de cuisine, les utilitaires, les canettes de boissons et les boîtiers d'ordinateurs portables/smartphones sont fabriqués en alliage d'aluminium. Comme il est léger et anticorrosion, vous pouvez utiliser sans souci des produits en alliage d'aluminium pour une utilisation quotidienne.
Quel est le processus de fabrication d'un alliage d'aluminium ?
Étape 1 : Collecte de matières premières
La principale matière première de l'alliage d'aluminium est le minerai de bauxite. Il est extrait du sol et envoyé pour être transformé.
Étape 2 : Raffinage de l'alumine
Ensuite, la bauxite extraite est broyée et un mélange est réalisé en y ajoutant de la soude caustique. Une fois cette solution chauffée, vous obtiendrez de l'alumine pure précipitée au fond du récipient. Filtrez-la et passez à l'étape suivante.
Étape 3 : Électrolyse
Il faut maintenant réaliser une électrolyse pour obtenir de l'aluminium métal pur. Il suffit d'ajouter de la cryolite fondue à l'alumine et de la laisser se dissoudre. L'électrolyse réalisée ici suit le procédé Hall-Héroult.
Étape 4 : Ajout d'un élément d'alliage à l'aluminium pur
Il s'agit de l'étape principale au cours de laquelle des éléments d'alliage tels que le zinc, le silicone, etc. sont ajoutés pour former un alliage d'aluminium. Cependant, vous devez respecter les proportions correctes lors de l'ajout de ces éléments à l'aluminium.
Étape 5 : Casting
Une fois que vous avez obtenu l'alliage souhaité, il est temps de lui donner forme. Ici, l'alliage d'aluminium est fondu et versé dans différents moules. Après avoir moulé l'alliage d'aluminium dans une forme définie, vous pouvez utiliser différents traitements thermiques pour renforcer son mécanisme.
Étape 5 : Formage
Pour obtenir le produit final, vous devez mettre en œuvre diverses méthodes telles que le forgeage, l'extrusion par laminage ou Usinage CNC.
Comment renforcer l'alliage d'aluminium ?
Méthode 1 : Renforcement par solution solide (alliage)
Dans le processus de renforcement par solution solide, lorsque les éléments d'alliage sont ajoutés à l'aluminium et solidifiés, cela améliore la résistance de l'aluminium. Les éléments d'alliage couramment utilisés dans le processus thaïlandais comprennent le cuivre, le magnésium, le manganèse et le silicium.
Méthode 2 : écrouissage (travail à froid)
Dans cette méthode, l'alliage d'aluminium est déformé à basse température. La dislocation dans l'alliage d'aluminium améliore sa résistance. Par exemple, à température ambiante, la limite d'élasticité de l'aluminium pur est de 4 KSI (30 MPa). En revanche, la limite d'élasticité atteint 24 KSI (165 MPa) dans un état entièrement travaillé à froid.
Méthode 3 : Durcissement par précipitation (vieillissement)
Lors du durcissement par précipitation, de minuscules particules se forment à l'intérieur de l'alliage d'aluminium. Ces particules sont très petites, avec un diamètre inférieur à 0.001 mm. Cependant, vous ne pouvez pas renforcer tous les types d'alliages d'aluminium avec ce processus ; seuls les alliages 2xxx, 6xxx et 7xxx peuvent participer au processus de durcissement par précipitation.
Méthode 4 : Durcissement par dispersion
Lors du durcissement par dispersion, de fines particules telles que des oxydes ou des carbures sont ajoutées à la matrice d'aluminium. La résistance de l'alliage d'aluminium dépend du volume et de la taille des particules externes.
Méthode 5 : Raffinage du grain (petite taille de grain)
Lors de la solidification de l'alliage d'aluminium, des agents d'affinage du grain y sont ajoutés. Cela réduit la taille des grains de l'alliage d'aluminium et, par conséquent, davantage de joints de grains sont créés. Ces joints de grains empêchent le mouvement de dislocation et renforcent l'alliage d'aluminium.
Aluminium vs alliage d'aluminium : quelle est la différence ?
Après l'oxygène et le silicium, l'aluminium est l'élément le plus abondant de la croûte terrestre. Le principal minerai d'aluminium est la bauxite. Il faut donc exploiter la terre pour obtenir de l'aluminium. L'ajout de différents autres métaux à cet aluminium pur est appelé alliage d'aluminium.
| Critères | Aluminium (pur) | Acier inoxydable |
|---|---|---|
| Composition | Contient 99% d'aluminium | Aluminium et un mélange d’autres éléments comme le zinc, le cuivre, le silicone, etc. |
| Solidité | Inférieur à l'alliage d'aluminium | Élevé en raison de l'ajout d'un élément d'alliage |
| Poids | Très léger | Léger mais un peu plus lourd que l'aluminium pur |
| Résistance à la corrosion | Haute | Élevé mais varie selon le type d'alliage |
| Traitement thermique | Ne peut pas être traité thermiquement | Certains alliages d'aluminium comme les séries 2xxx, 6xxx et 7xxx peuvent être traités thermiquement |
| Prix | Pas cher | Cher |
Récapitulation
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Questions fréquentes
À quoi ressemble l’alliage d’aluminium ?
L'alliage d'aluminium a généralement une apparence métallique blanc argenté. La surface de ces métaux est lisse et brillante.
Quel est l’alliage d’aluminium le plus résistant ?
L'alliage d'aluminium 7068 est l'un des alliages d'aluminium les plus résistants. Il présente une résistance à la traction de 710 MPa (103 KSI) et une limite d'élasticité de 683 MPa (99.1 KSI).
Quelle est la densité du matériau en alliage d'aluminium ?
Par rapport à l'acier (7.85 g/cm³) et au titane (4.51 g/cm³), la densité du matériau de l'alliage d'aluminium est bien plus faible. Elle se situe généralement entre 2.68 et 2.80 g/cm³. Cette faible densité les rend légers et adaptés à des applications telles que l'automobile et l'aérospatiale.
L'alliage d'aluminium figure-t-il dans le tableau périodique ?
Non, l'alliage d'aluminium n'étant pas un élément pur, il n'est pas inclus dans le tableau périodique. L'aluminium pur est présent dans le tableau périodique, qui porte le numéro périodique 13. Cependant, en raison de l'ajout d'autres éléments, l'alliage d'aluminium ne ressemble plus à un élément pur et n'est donc pas inclus dans le tableau périodique.