Les alliages d'aluminium sont classés en trois grandes catégories : les alliages d'aluminium corroyés, les alliages d'aluminium moulés et les alliages d'aluminium forgés. Les alliages corroyés comprennent les séries 1xxx à 7xxx ; les différents éléments d'alliage leur confèrent des propriétés uniques telles que la résistance mécanique, la résistance à la corrosion, l'usinabilité et les performances de finition de surface. Des nuances courantes telles que 6061, 5052, 7075 et 2024 sont largement utilisées dans les applications d'ingénierie et de fabrication. Les alliages d'aluminium moulés conviennent aux composants de forme complexe, tandis que les alliages d'aluminium forgés offrent les avantages d'une résistance élevée et d'une grande légèreté pour les applications aérospatiales, automobiles et structurelles. Le choix de l’alliage d’aluminium approprié dépend des exigences mécaniques, des procédés de fabrication et des conditions d’utilisation finale.
Les alliages d'aluminium peuvent généralement être classés en trois grandes catégories en fonction de leur procédé de fabrication et de leurs caractéristiques matérielles : les alliages d'aluminium corroyés, les alliages d'aluminium moulés et les alliages d'aluminium forgés.
Chaque catégorie comprend plusieurs séries d'alliages présentant des propriétés mécaniques, une usinabilité, une résistance à la corrosion, des performances de traitement de surface et des applications typiques différentes.
Les alliages d'aluminium travaillés sont des alliages d'aluminium qui sont transformés mécaniquement en produits tels que des tôles, des plaques, des barres, des tubes et des profilés extrudés, par laminage, extrusion, étirage ou forgeage.
En fonction de leurs principaux éléments d'alliage, les alliages d'aluminium corroyés sont généralement classés dans les séries allant de 1xxx à 7xxx.
La série 1xxx est principalement composée d'aluminium commercialement pur. Ces alliages contiennent généralement un pourcentage très élevé d'aluminium et se caractérisent par une excellente résistance à la corrosion, une conductivité électrique élevée, une conductivité thermique élevée, une résistance mécanique relativement faible, ainsi qu'une excellente ductilité et formabilité.
Cependant, leurs performances en matière de tournage et de fraisage sont relativement faibles, car ce matériau est tendre et a tendance à adhérer aux outils de coupe pendant l'usinage. Leur résistance peut être modérément améliorée par durcissement par déformation.
Parmi les applications courantes, on peut citer les équipements de traitement chimique, les réflecteurs, les échangeurs de chaleur, les conducteurs électriques, les condensateurs, les feuilles d'emballage, les éléments architecturaux et les moulures décoratives.
L'aluminium commercialement pur présente généralement d'excellentes performances en matière de gravure de texture. Il est possible d'obtenir de bonnes textures de surface à l'aide de systèmes de gravure acides ou alcalins.
Pour les applications nécessitant une rugosité de surface plus élevée, un procédé de gravure acide-alcaline en deux étapes permet d'obtenir une texture de surface très homogène.
Parmi les matériaux couramment utilisés, l’aluminium coréen offre généralement une texture fine, tandis que les matériaux provenant de Taïwan et de Chine présentent souvent un aspect brossé fin et uniforme. L’aluminium pur à haute brillance fourni par Sumitomo au Japon peut développer une texture brossée clairement visible après gravure. Certains matériaux en aluminium pur allemands permettent également d’obtenir des finitions brossées similaires.
L'aluminium commercialement pur se prête également bien au polissage chimique et électrolytique et permet d'obtenir une surface très brillante après anodisation.
Le cuivre est le principal élément d'alliage des alliages d'aluminium de la série 2xxx. Le magnésium et le manganèse sont également couramment ajoutés en tant qu'éléments d'alliage secondaires.
Parmi les systèmes d'alliages courants, on peut citer l'aluminium-cuivre-magnésium, l'aluminium-cuivre-magnésium-manganèse, l'aluminium-cuivre-magnésium-fer-nickel et l'aluminium-cuivre-manganèse.
Ces alliages sont traitables thermiquement et se distinguent par leur grande résistance, ce qui explique pourquoi on les appelle souvent « alliages d'aluminium à haute résistance » ou « alliages de type duralumin ».
Ils offrent une bonne résistance à la chaleur et une excellente usinabilité. En revanche, leur résistance à la corrosion est relativement faible, et certaines nuances peuvent être sensibles à la corrosion intergranulaire.
C'est pourquoi les tôles d'aluminium de la série 2xxx sont souvent recouvertes d'aluminium de haute pureté ou d'un alliage d'aluminium-magnésium-silicium de la série 6xxx afin d'améliorer leur résistance à la corrosion.
Les alliages d'aluminium de la série 2xxx sont particulièrement adaptés aux composants nécessitant un rapport résistance/poids élevé.
Parmi les applications typiques, on peut citer les composants de roues de camions et d'avions, les composants de suspension de camions, les revêtements de fuselage d'avions et les composants structurels qui doivent conserver une bonne résistance à des températures pouvant atteindre environ 150 °C (302 °F).
À l'exception de l'alliage 2219, la plupart des alliages de cette série présentent une soudabilité limitée. En revanche, de nombreux alliages de la série 2xxx offrent une excellente usinabilité.
L'une des nuances les plus couramment utilisées dans cette série est l'aluminium 2024, qui correspond approximativement à la nuance chinoise 2A12.
Après un traitement de texturation alcalin en une seule étape, la tôle d'aluminium 2024 peut présenter une rugosité de surface supérieure à Ra 1,5 tout en conservant une excellente brillance et une grande uniformité de surface.
Les performances d'anodisation de l'aluminium de la série 2xxx sont relativement faibles. Lorsque le film d'oxyde anodique s'épaissit, la surface peut prendre une teinte jaunâtre, ce qui rend ces alliages moins adaptés à la teinture décorative de couleur claire.
Dans le domaine aérospatial, le décapage alcalin n'est généralement pas recommandé après le dégraissage. On privilégie le traitement acide pour éliminer la couche passive de surface.
On recourt généralement à l'anodisation à l'acide borique-sulfurique ou à l'acide chromique, suivie d'un scellement à l'acide chromique dilué. Lorsqu'une teinte claire est requise, on peut recourir à un procédé d'anodisation à l'acide borique-sulfurique modifié.
Le manganèse est le principal élément d'alliage de la série 3xxx.
Ces alliages ne peuvent généralement pas faire l'objet d'un traitement thermique, mais leur résistance est supérieure d'environ 20% à celle de l'aluminium de la série 1xxx.
Étant donné que l'on ne peut ajouter efficacement à l'aluminium qu'une quantité limitée de manganèse, généralement de l'ordre de 1,5%, le manganèse n'est utilisé comme élément d'alliage principal que dans un nombre relativement restreint d'alliages commerciaux.
Les trois alliages à usage général les plus couramment utilisés dans cette série sont les 3003, 3004 et 3105. La nuance chinoise 3A21 correspond approximativement à la nuance 3003.
Les alliages d'aluminium de la série 3xxx offrent une résistance mécanique supérieure à celle des alliages de la série 1xxx, tout en conservant une bonne ductilité et une bonne soudabilité. Leur résistance à la corrosion n'est que légèrement inférieure à celle de l'aluminium commercialement pur.
Parmi les applications courantes, on peut citer les canettes de boisson, les ustensiles de cuisine, les échangeurs thermiques, les réservoirs de stockage, les auvents, le mobilier, la signalisation routière, les panneaux de toiture et les panneaux de murs-rideaux.
Après le gravage de texture, l'aluminium de la série 3xxx présente souvent une combinaison de texture mate, semblable à du sable, et de texture linéaire brossée.
La gravure alcaline en une seule étape offre de bons résultats décoratifs et est couramment utilisée comme prétraitement pour les plaques signalétiques et les panneaux avant la sérigraphie.
Pour les applications nécessitant une rugosité de surface plus élevée, un procédé de gravure acide-alcaline en deux étapes permet généralement d'obtenir à la fois des textures de type « sable » et « brossé ».
Toutefois, en raison des différences de procédés de traitement entre les fabricants, certains alliages d'aluminium similaires peuvent présenter principalement un aspect « sablé » après gravure acido-alcaline, avec très peu de texture brossée visible.
Le silicium est le principal élément d'alliage de la série 4xxx et peut être ajouté à l'aluminium en quantités relativement importantes, pouvant parfois atteindre environ 12%.
Ces alliages ne se prêtent généralement pas au traitement thermique et sont couramment utilisés comme fils de soudage et comme matériaux d'apport pour le brasage des produits en aluminium.
Lors de l'anodisation, les alliages de la série 4xxx prennent généralement un aspect de surface allant du gris foncé au noir charbon.
L'alliage 4032 présente un faible coefficient de dilatation thermique et une grande résistance à l'usure, ce qui le rend particulièrement adapté à la fabrication de pistons de moteur forgés et d'autres composants nécessitant une stabilité dimensionnelle à des températures élevées.
Le magnésium est le principal élément d'alliage de la série 5xxx.
Lorsque le magnésium est utilisé comme principal élément d'alliage, seul ou associé au manganèse, il permet d'obtenir des alliages durcissables par déformation présentant une résistance moyenne à élevée.
Ces alliages présentent une bonne soudabilité, une excellente résistance à la fatigue et une forte résistance à la corrosion, notamment en milieu marin.
Les alliages d'aluminium de la série 5xxx ne peuvent pas faire l'objet d'un traitement thermique, mais présentent généralement une résistance mécanique supérieure à celle des alliages des séries 1xxx et 3xxx.
Parmi les applications typiques, on peut citer les matériaux de construction, les moulures architecturales et décoratives, les boîtes de conserve et leurs couvercles, les appareils électroménagers, les composants d'éclairage public, les structures maritimes, les réservoirs de carburant cryogéniques, les composants de grues et les pièces structurelles automobiles.
Les caractéristiques de gravure de la texture de l'aluminium de la série 5xxx sont similaires à celles des alliages de la série 3xxx.
Ils offrent également de bonnes performances en matière d'anodisation. Certaines nuances peuvent présenter une finition brillante, semblable à un miroir, après un traitement de surface approprié, ce qui les rend adaptées aux composants décoratifs destinés à l'automobile.
Les alliages d'aluminium de la série 6xxx contiennent du magnésium et du silicium comme principaux éléments d'alliage et sont traitables thermiquement.
Ces alliages présentent une résistance moyenne, bien que celle-ci soit généralement inférieure à celle de la plupart des alliages des séries 2xxx et 7xxx.
L'un des principaux avantages de la série 6xxx réside dans la combinaison équilibrée qu'elle offre entre formabilité, soudabilité, usinabilité, résistance à la corrosion et résistance mécanique.
Parmi les applications courantes, on peut citer les matériaux de construction, les cadres de vélo, les équipements de transport, les garde-corps de ponts, les structures soudées, les composants de machines et les profilés en aluminium extrudé.
Les alliages les plus couramment utilisés dans cette série sont le 6061 et le 6063.
L'aluminium 6061 est couramment utilisé pour la fabrication de composants mécaniques et d'éléments structurels en raison de sa bonne résistance mécanique, de son usinabilité, de sa résistance à la corrosion et de ses performances polyvalentes.
L'aluminium 6063 est largement utilisé pour la fabrication de profilés extrudés et d'éléments architecturaux en raison de ses excellentes performances d'extrusion et de son aspect anodisé esthétique.
L'alliage 6463 a été développé pour des applications telles que les garnitures automobiles extrudées, les cadres d'appareils numériques et les cadres de téléviseurs. Après anodisation, l'alliage 6463 peut présenter une finition de surface brillante, semblable à un miroir.
Toutefois, la teneur en impuretés de fer dans l'aluminium doit être maintenue aussi faible que possible. Une teneur excessive en fer peut réduire considérablement la brillance de la surface après l'anodisation.
Le zinc est le principal élément d'alliage des alliages d'aluminium de la série 7xxx, avec des teneurs variant généralement entre environ 1% et 8%.
Ces alliages sont traitables thermiquement et peuvent offrir des niveaux de résistance allant de moyens à extrêmement élevés.
En raison de leur excellent rapport résistance/poids, les alliages d'aluminium de la série 7xxx sont largement utilisés dans les composants structurels soumis à de fortes contraintes.
Parmi les applications typiques, on peut citer les composants structurels d'aéronefs, les équipements mobiles, les pièces aérospatiales, les composants mécaniques à haute résistance, ainsi que d'autres applications soumises à des charges et des contraintes élevées.
Les alliages d'aluminium moulés sont spécialement conçus pour la fabrication de composants par des procédés de moulage.
En fonction de leurs principaux éléments d'alliage, les alliages d'aluminium moulés peuvent généralement être classés en quatre grandes catégories :
Les différents pays utilisent des systèmes de désignation des alliages qui varient d'un pays à l'autre.
En Chine, les alliages d'aluminium moulés sont généralement désignés par les lettres ZL suivi de trois chiffres.
Le premier chiffre identifie le système d'alliage principal :
Les deuxième et troisième chiffres identifient l'alliage spécifique au sein de cette série.
Pour produire des pièces moulées de haute qualité et de grande précision, dans une large gamme de formes et de tailles, les alliages d'aluminium destinés au moulage présentent généralement plusieurs caractéristiques importantes.
Les alliages d'aluminium moulés offrent d'excellentes performances de moulage et permettent de fabriquer des composants aux géométries complexes.
Ils offrent également des avantages tels que des économies de matière, une baisse des coûts de fabrication, des délais de production plus courts et des besoins réduits en équipements de fabrication supplémentaires.
C'est pourquoi les alliages d'aluminium moulés sont largement utilisés dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de la construction mécanique et dans diverses applications industrielles.
Parmi les produits types, on trouve notamment des poutres, des aubes de turbines à gaz, des corps de pompe, des supports, des roues, des lèvres d'entrée et des carters de moteur.
Ils sont également couramment utilisés pour la fabrication de culasses automobiles, de carters de boîte de vitesses, de pistons, de boîtiers d'instruments et de carters de pompes de suralimentation.
Les alliages d'aluminium destinés au forgeage sont conçus pour offrir une bonne plasticité et une bonne formabilité à des températures élevées, ce qui les rend adaptés aux procédés de forgeage.
De nombreux alliages d'aluminium destinés au forgeage reposent sur des systèmes d'alliages à base d'aluminium, de magnésium et de silicium, et peuvent également contenir du cuivre, du magnésium et du silicium en tant qu'éléments d'alliage importants.
Leur principal atout réside dans leur excellente formabilité à chaud, qui permet de fabriquer des pièces forgées de grande taille, complexes et à haute résistance.
Le remplacement de certains composants en acier par des alliages d'aluminium permet de réduire considérablement le poids total des produits mécaniques tout en conservant de bonnes performances structurelles.
Grâce à leur excellent rapport résistance/poids, l'aluminium et les alliages d'aluminium sont devenus des matériaux indispensables dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'aviation, de l'automobile et de la défense.
Les avions, par exemple, utilisent un grand nombre de composants en aluminium forgé.
L'aluminium est également largement utilisé dans la construction, la construction automobile et l'emballage, qui sont devenus trois des principaux domaines d'application de l'aluminium dans l'industrie moderne.
Ces dernières années, le secteur des pièces forgées en aluminium destinées à l'automobile a connu un développement rapide.
Le réchauffement climatique, les pénuries d'énergie, le durcissement des exigences en matière d'efficacité énergétique et les attentes croissantes des consommateurs en matière de confort de conduite et de maniabilité des véhicules ont accéléré le développement de structures automobiles légères.
Une réduction du poids du véhicule d'environ 10% permet de réduire la consommation de carburant d'environ 6% à 8%.
D'après les données disponibles du secteur, l'utilisation d'alliages d'aluminium dans les composants automobiles forgés et emboutis aux États-Unis a atteint environ 36,31 TP33T, tandis que la part de l'aluminium dans les véhicules produits en Europe et au Japon peut représenter plus de 151 TP33T du poids total du véhicule.
Historiquement, la quantité d'alliage d'aluminium utilisée dans les véhicules produits en Chine a toujours été relativement faible.
Les spécialistes de l'industrie automobile s'attendent à ce qu'un nombre croissant de pièces forgées en alliage d'aluminium remplacent les pièces forgées traditionnelles en acier, à mesure que la tendance à l'allègement des véhicules continue de se développer.
Les différentes séries d'alliages d'aluminium offrent des combinaisons très variées en termes de résistance mécanique, de résistance à la corrosion, d'usinabilité, de soudabilité, de performances en matière de traitement de surface et de caractéristiques de fabrication.
L'aluminium de série 1xxx de pureté commerciale est idéal pour les applications nécessitant une conductivité et une résistance à la corrosion élevées, tandis que les alliages des séries 2xxx et 7xxx sont privilégiés pour les applications structurelles à haute résistance.
Les alliages des séries 3xxx et 5xxx offrent une bonne résistance à la corrosion et une bonne formabilité, tandis que l'aluminium de la série 6xxx présente l'un des meilleurs compromis globaux entre résistance mécanique, usinabilité, soudabilité, performances d'anodisation et coût.
Les alliages d'aluminium moulés permettent de produire efficacement des formes complexes, tandis que les alliages d'aluminium forgés sont particulièrement adaptés aux composants structurels soumis à de fortes contraintes, pour lesquels la résistance et la réduction du poids sont des critères essentiels.
Le choix de l'alliage d'aluminium approprié doit toujours tenir compte des propriétés mécaniques requises, du procédé de fabrication, de l'état de surface, de la résistance à la corrosion, de l'environnement d'utilisation et du coût global du composant fini.
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