Quelles sont les microstructures présentes dans l'aluminium et ses alliages ?

Microstructures des alliages d'aluminium moulés

Microstructures des alliages Al-Si

La fraction massique de silicium w_Si est généralement de type 5%-13%. Ces alliages hypoeutectiques et eutectiques ne peuvent pas être renforcés par traitement thermique. Un alliage eutectique binaire simple Al-Si, tel que le ZL102, présente une structure eutectique α + Si à l'état brut de coulée. Le silicium se présente sous forme d'aiguilles grossières et de polygones. Une modification à l'aide de sels de sodium, de phosphore ou d'autres éléments affine le silicium eutectique grossier et améliore les propriétés mécaniques ainsi que l'usinabilité.

Les alliages Al-Si contiennent relativement peu d'éléments de renforcement, et leur température de trempe est loin du point eutectique ; la surchauffe est donc rare lors du traitement de mise en solution. Si une température de mise en solution excessive provoque une fusion naissante, la structure présente alors des globules refondus, une fusion aux joints de grains et du silicium aggloméré et grossi.

Microstructures des alliages Al-Cu

La fraction massique de cuivre w_Cu est 4%-11%. Ces alliages peuvent être renforcés par traitement thermique, principalement grâce à la phase θ, Al₂Cu. De faibles ajouts de magnésium et de zinc peuvent entraîner la formation de la phase S, Al₂CuMg, ou phase T, et AlCuZn, pour un renforcement supplémentaire. Les propriétés mécaniques élevées à température ambiante et à haute température font de ce système la base d'alliages d'aluminium moulés à haute résistance et résistants à la chaleur.

Microstructures des alliages Al-Mg

Les alliages Al-Mg présentent la densité la plus faible et la meilleure résistance à la corrosion parmi les alliages d'aluminium, en particulier contre la corrosion électrochimique. À l'état trempé, leur structure est monophasée de type α. Si Mg₂Si le Si est présent, son potentiel d'électrode plus faible le rend anodique par rapport à l'α, donc le Mg₂Le silicium est continuellement consommé au cours de la corrosion électrochimique jusqu'à ce qu'il ne reste plus qu'une surface monophasée de type α et que la corrosion cesse. Ces alliages présentent une mauvaise coulabilité, un processus de fusion complexe et une faible résistance à chaud. Les nuances à forte teneur en magnésium peuvent devenir cassantes au cours d'une longue durée de service, ce qui limite leur utilisation.

Microstructures des alliages Al-Zn

À l'état brut de coulée, les phases comprennent l'α, le silicium et le Mg₂Oui, ainsi qu’une petite quantité de phase β nocive, de couleur noire et de forme aciculaire, Al₉Si₂Fe₂. Mg₂Le silicium est souvent difficile à détecter en raison de sa faible concentration.

Microstructures de l’aluminium corroyé et de ses alliages

Microstructures de l'aluminium commercialement pur

La fraction massique d'aluminium w_Al La teneur en aluminium commercialement pur est généralement comprise entre 98,80% et 99,99% ; le fer et le silicium constituent les principales phases d'impuretés. Lorsque les teneurs en fer et en silicium sont faibles, le silicium se dissout dans la matrice et le fer forme des structures en forme d'aiguilles ou de fines bandes d'Al₃Fe. À des teneurs plus élevées, des composés ternaires se forment. Si la teneur en fer dépasse celle en silicium, il se forme une phase α irrégulière, de type lamellaire ou squelettique, Al₁₂Fe₃Oui, des formes. Si la teneur en silicium dépasse celle du fer, phase β aciculaire ou en fines lamelles, Al₉Si₂Fe₂, formulaires.

Alliages d'aluminium résistants à la corrosion

L'aluminium résistant à la corrosion comprend les systèmes d'alliages Al-Mn et Al-Mg.

Microstructures des alliages Al-Mn

Une nuance courante est la 3A21, dont le principal élément d'alliage est le manganèse. Lorsque w_Mn > 1.6%, teneur élevée en Al fragile₆Les composés de Mn rendent l'alliage sensible à la fissuration lors de la déformation. Outre la solution solide α et l'Al₆Mn ; les phases peuvent contenir de l'Al₆(FeMn), T(Al₂Mn₃Si₂), α(Al₁₂Fe₃Si) et β(Al₉Si₂Fe₂).

Alliages Al-Mg

Après recuit, un alliage Al-Mg présentant w_Mg < 2% est une solution solide α monophasée. À mesure que la teneur en magnésium augmente, β(Al₈Mg₅) apparaît. Au-delà de 5% Mg, la structure est constituée de α + β(Al₈Mg₅), et la ductilité diminue. Les phases principales peuvent inclure α, β(Al₈Mg₅), Al₆Mn, Al₇Cr et Al₃Le Ti, avec des phases d'impuretés telles que l'Al₃Fe, (FeMn)Al₆, et Mg₂Oui. La phase β dans l'eutectique est squelettique et présente une couleur gris clair avant la gravure.

Alliages de duralumin

Les alliages de duralumin sont traitables thermiquement et comprennent les systèmes Al-Cu-Mg et Al-Cu-Mn.

Microstructures des alliages Al-Cu-Mg

Au niveau du coin riche en aluminium du diagramme ternaire d'équilibre Al-Cu-Mg, la solidification peut donner lieu à la formation de S(Al₂CuMg), θ(Al₂Cu), T(Al₆CuMg₄), β(Al₈Mg₅), et α. Les teneurs réelles en magnésium sont relativement faibles, ce qui place les alliages dans les champs de phases α + S, α + θ + S ou α + θ. Les deux principales phases de renforcement sont donc θ et S.

Alliages Al-Cu-Mn

La fraction massique de cuivre peut atteindre 6%-7%. Le cuivre et l'aluminium forment la phase de renforcement Al₂Le cuivre (Cu), qui renforce l'alliage après trempe et vieillissement artificiel. À w_Mn = 0,4%-0,5%, T(Al) finement dispersé₂CuMn₂) améliore la résistance à la chaleur. Un excès de manganèse augmente et grossit la phase T, ce qui élargit les limites de phase et accélère la diffusion. La résistance à la chaleur diminue alors et la tendance à la fissuration à chaud pendant le soudage augmente.

Alliages de super-duralumin

Les alliages courants de super-duralumin contiennent de l'α, du MgZn₂, T(Al₂Mg₃Zn₃), un α + T(Al₂Mg₃Zn₃) eutectique, et des phases d'impuretés telles que (FeMn)Al₆ et Mg₂Oui.

Forgeage des alliages d'aluminium

Les alliages d'aluminium destinés au forgeage sont généralement classés en deux catégories.

Alliages Al-Mg-Si-Cu

Lorsque la teneur en cuivre est très faible et que le rapport massique magnésium/silicium est égal à 1,73, Mg₂Le Si se forme et tout le cuivre se dissout dans la matrice. À des teneurs en cuivre plus élevées et pour un rapport magnésium/silicium inférieur à 1,08, ω(AlCu₄Mg₅Si₄) peut se former, le cuivre restant formant du θ(Al₂Cu). L'ajout de cuivre aux alliages Al-Mg-Si peut donc introduire les paramètres ω, S et θ en plus du Mg₂Oui.

Alliages Al-Cu-Mg-Fe-Ni

Ces alliages contiennent moins de cuivre et de magnésium que le duralumin et présentent donc une plus grande proportion de phase S, Al₂CuMg. Le fer et le nickel forment de l'Al₉Le FeNi, qui présente une bonne stabilité thermique. L'excès de fer forme de l'Al₇Cu₂Le fer, tandis qu'un excès de nickel peut former de l'AlCuNi.