Où utilise-t-on les alliages d'aluminium dans l'aéronautique ?

Le développement des alliages d’aluminium a toujours été étroitement lié à l’aviation. Dès le début du XXe siècle, l'avion des frères Wright utilisait déjà une pièce moulée en alliage Al-Cu-Mn pour le carter du moteur. La découverte, en 1906, du durcissement par vieillissement des alliages Al-Cu-Mg a permis aux alliages d'aluminium-cuivre de devenir des matériaux de structure primaires viables pour les cellules d'avion.

Le développement des alliages destinés à l'aéronautique a connu plusieurs étapes. Dans les années 1950, les principaux objectifs étaient la réduction du poids ainsi que l'augmentation de la rigidité et de la résistance spécifiques. Au cours des années 1960 et 1970, l’accent s’est déplacé vers la durabilité et la tolérance aux dommages, ce qui a conduit aux traitements T73 et T76 pour les alliages de la série 7xxx, l’alliage 7050 et les alliages de haute pureté. La hausse des prix du carburant a entraîné une nouvelle réduction du poids dans les années 1980. Depuis les années 1990, le développement combine la réduction du poids avec l’amélioration de la durabilité, de la tolérance aux dommages, de la résistance, de la ténacité et de la résistance à la corrosion. Les tôles épaisses à faible contrainte résiduelle permettent également de remplacer les assemblages composés de nombreuses pièces par de grandes structures monoblocs, ce qui réduit le poids tout en améliorant l’uniformité.

Alliages d'aluminium moulés pour l'aéronautique

Les avions modernes contiennent environ 1 500 à 2 000 types de pièces moulées en alliage d'aluminium. Trois groupes principaux sont sélectionnés en fonction des conditions d'exploitation et de leur emplacement :

• Alliages de fonderie à haute résistance : Il s'agit principalement d'alliages Al-Cu fabriqués par moulage au sable. Ils sont utilisés pour les pièces du fuselage, les compartiments moteurs, les sièges et les systèmes de commande, et peuvent souvent se substituer aux pièces forgées en aluminium moulées sous pression.
• Alliages de fonderie résistants à la chaleur : Matériaux Al-Cu-Ni fortement alliés utilisés à proximité des moteurs et dans les systèmes de ventilation, à des températures comprises entre environ 200 et 400 °C, où la résistance à la déformation thermique est essentielle.
• Alliages de fonderie résistants à la corrosion : Les alliages Al-Mg allient résistance mécanique, ductilité, résistance aux chocs, résistance à la fatigue et soudabilité. Ils conviennent aux structures d'hydravions exposées à des environnements corrosifs.

Alliages d’aluminium corroyés pour aéronefs

Parmi les matériaux forgés les plus couramment utilisés dans l'aéronautique, on trouve les alliages Al-Cu de la série 2xxx, les alliages Al-Zn de la série 7xxx et les alliages Al-Li. Ils sont couramment utilisés pour les revêtements, les ailes, les charpentes, les poutres de plancher et d'autres structures porteuses.

Applications typiques des alliages Al-Cu

La série 2xxx a été la première famille d'alliages d'aluminium traitables thermiquement à être largement adoptée dans le secteur aéronautique.

Applications typiques des alliages Al-Zn

La série commerciale 7xxx comprend certains des alliages d’aluminium corroyés les plus résistants. Ces matériaux offrent une résistance et une rigidité spécifiques élevées, une bonne résistance à la corrosion et aux dommages, ainsi qu’une bonne usinabilité. En plus de 90 ans, le développement est passé de l’optimisation d’une propriété unique à la recherche d’un équilibre entre les performances globales, tandis que les dimensions des produits ont considérablement augmenté. Les familles successives comprennent les alliages 7×75, 7×50/7010, 7055/7449 et 7136/7056.

Applications typiques des alliages Al-Li

Le lithium est l'élément métallique le plus léger, et sa solubilité maximale dans l'aluminium est de 4,2%. L'ajout de 1% de Li à une matrice en alliage d'aluminium permet de réduire la densité d'environ 3% et d'augmenter le module d'élasticité d'environ 5% à 6%. Par rapport aux alliages conventionnels à haute résistance des séries 2xxx et 7xxx, les alliages Al-Li offrent une faible densité, un module d'élasticité élevé, une résistance et un module spécifiques élevés, un faible taux de propagation des fissures de fatigue, ainsi que de bonnes performances à haute et basse température. Par rapport aux composites, ils conservent également des avantages en termes de résistance aux chocs, de ductilité et de réparabilité.

Autres alliages d'aluminium utilisés dans l'aéronautique

D’autres séries ont également des applications spécifiques. La source indique que les nuances 3003 et 5052 sont couramment utilisées pour les réservoirs, les tuyaux et les pièces résistantes à la corrosion, et précise que la nuance 5052 est destinée à la charpente de revêtement. Son tableau détaillé des applications utilise les désignations chinoises des alliages 5A02 et 5A05.