Usinage – Décolletage

L’aluminium et ses alliages s’usinent avec facilité à condition de prendre quelques précautions aux grandes vitesses de coupe et d’utiliser des outils adaptés. Les alliages d’aluminium s’usinent mieux que l’aluminium pur ; c’est en particulier le cas des alliages à durcissement structural. D’une manière générale, les alliages à hautes caractéristiques mécaniques, et donc à capacité de déformation à froid faible, s’usinent bien.

Les alliages – états les plus adaptés à l’usinage sont les suivants :
2017A T4, 2024 T3 ,2618A T851
5083 H111
6082 T6
7075 T651

Les alliages spécifiques pour le décolletage contiennent du plomb ou du plomb et du bismuth (éléments qui favorisent grandement la fragmentation du copeau) sont les suivants :
2011 T3, 2030 T3
6262 T9

Soudage

Si de façon générale tous les alliages d’aluminium sont soudables, ils ne se comportent pas tous de manière identique ; il faut distinguer trois classes d’alliages :

* les alliages sans durcissement structural (familles 1000, 3000 et 5000)
Ils ont une bonne soudabilité ; lorsqu’ils sont utilisés à l’état recuit, ils ne subissent pas de perte sensible de caractéristiques mécaniques au niveau de la soudure.
Par contre lorsqu’ils sont à l’état écroui, le durcissement dû à l’écrouissage disparaît au voisinage de la soudure.
Les alliages – états typiques sont les : 1050A O ,3003 O ,5083 H111, 5086 O ; l’addition de chrome dans ces deux derniers alliages améliore encore leur soudabilité.

* les alliages à durcissement structural exempts de cuivre (famille 6000 et certains alliages de la famille 7000). Le cycle thermique de soudage affecte les caractéristiques mécaniques du métal de base qui est généralement à l’état trempé-revenu ; cette perte est définitive pour les alliages de la famille 6000 sauf s’il est possible d’effectuer un nouveau traitement de revenu sur la structure soudée ; les alliages de la famille 7000 retrouvent une partie notable de leurs caractéristiques initiales par maturation à la température ordinaire.
Les alliages – états typiques sont les : 6060 T5, 6082 T6 ,7020 T5.

* les alliages à durcissement structural contenant du cuivre (famille 2000 et certains alliages de la famille 7000)
Ces alliages sont dans l’ensemble difficilement soudables parce que, d’une part, ils sont sujets aux criques lors de la solidification de la soudure et que, d’autre part, leurs caractéristiques mécaniques après soudage sont fortement diminuées. Toutefois ces alliages sont plus ou moins sensibles à ces phénomènes : le 2618A T851 est peu sensible aux criques. L’utilisation du procédé TIG à grande concentration d’énergie et à protection gazeuse accrue permet une amélioration notable des résultats.

Utilisations structurales

Les alliages d’aluminium sont très utilisés pour des applications structurales faisant concurrence aux aciers.
Le module élastique des alliages d’aluminium, de l’ordre du tiers de celui des aciers, conduit, pour éviter des fléchissements trop importants, à augmenter les épaisseurs des sections par rapport à celles des aciers ; de ce fait, l’allégement résultant du remplacement de l’acier par un alliage d’aluminium n’est pas dans le rapport des densités mais est compris entre 40 % et 60 %. Cependant, la possibilité d’obtenir avec les alliages d’aluminium des profils complexes permet de compenser le faible module élastique du métal par une forme des profils qui conduit à un moment d’inertie élevé.
Les alliages – états les plus utilisés sont les :
5083 H22, 5086 H24 ,5754 H24
6005A T5 ,6061 T6, 6082 T6
7020 T5

Contraintes mécaniques élevées

Lorsque les constructions sont soumises à des contraintes importantes, l’emploi des alliages ci-dessus conduirait à des épaisseurs ou à des sections incompatibles avec l’allégement recherché. Il est nécessaire alors d’utiliser des alliages à très hautes caractéristiques mécaniques ; ces alliages ont en contrepartie une faible résistance à la corrosion, une faible capacité de déformation à froid et des difficultés à être soudés ce qui limite leur emploi à des applications bien particulières.
Les alliages – états utilisés sont les :
2014 T6 ,2017A T4 ,2024 T3
7075 T6

Résistance à la corrosion

Les alliages d’aluminium sont réputés comme résistant relativement bien à la corrosion. Cependant, dans certaines conditions d’exposition, ils peuvent subir un endommagement. Celui-ci peut se manifester sous différentes formes qui dépendent de la composition de l’alliage et de son état métallurgique.

Composition

* Plus la teneur en impuretés fer et silicium est faible, plus l’aluminium et ses alliages résistent à la corrosion.
* Les alliages de la famille 3000 résistent aussi bien à la corrosion que l’aluminium de pureté commerciale.
* Les alliages contenant du cuivre (famille 2000 et certains alliages de la famille 7000) résistent mal à la corrosion.
* Les alliages de la famille 5000 résistent bien à la corrosion si la teneur en magnésium ne dépasse pas 4 %. Au delà de cette teneur, il est nécessaire de traiter thermiquement le métal (état H116).
* Les alliages de la famille 6000 ont un bon comportement et ceci d’autant plus qu’ils ont une très bonne aptitude à l’anodisation qui forme une couche d’alumine épaisse et protectrice.
* Les alliages de la famille 7000 sans cuivre résistent bien à la corrosion. Certains alliages à basse teneur en zinc sont utilisés comme placage de protection des tôles en alliage 7000 au cuivre destinées à l’aéronautique.

Etat métallurgique

* Les états écrouis résistent globalement moins bien que les états recuits.
* Les états trempés revenus (T5 et T6), qui confèrent à l’alliage ses caractéristiques maximales, résistent moins bien que les états sur-revenus (T7).

Le milieu en contact duquel est placé l’alliage d’aluminium a aussi son importance. Si le pH de ce milieu est compris entre 4 et 9, la couche d’alumine n’est pas dissoute et le métal résiste bien.
Dans des milieux acides (pH<4), les comportements sont très variables. L'aluminium par exemple résiste bien à l'acide acétique et à l'acide nitrique concentré et froid. Dans les milieux alcalins (pH>9), l’aluminium est généralement vigoureusement attaqué. Il résiste cependant bien à l’ammoniac et à de nombreuses bases organiques.

Lorsque l’aluminium est en contact avec des matériaux comme le graphite, l’acier doux ou un alliage cuivreux, dans un milieu très conducteur d’électricité comme l’eau de mer, il subit une attaque importante qui peut aller jusqu’à sa destruction complète.

Oxydation anodique

L’oxydation anodique ou anodisation permet d’édifier une couche d’oxyde beaucoup plus épaisse que la pellicule d’alumine naturelle ; cette couche confère ainsi au métal :
– une bonne protection contre la corrosion,
– une amélioration de l’aspect de surface, qui va durer dans le temps ; de plus la couche anodique peut être colorée,
– une modification de plusieurs propriétés de la surface comme par exemple : isolation électrique, pouvoir réflecteur, dureté superficielle, coefficient de frottement.
Les alliages d’aluminium ne se prêtent pas de façon identique au traitement d’anodisation. Les alliages les plus aptes appartiennent aux familles 1000, 5000 et 6000. Les alliages contenant du cuivre sont plus difficilement anodisables.

Famille 1000 : la couche est d’autant plus transparente que les teneurs en fer et silicium sont faibles.
Famille 2000 : la couche a une épaisseur limitée et est poreuse, ce qui diminue son pouvoir protecteur.
Famille 3000 : la couche a une teinte plus ou moins grise.
Famille 5000 : la couche est grisâtre et dépend des autres éléments d’addition (chrome et manganèse).
Famille 6000 : le procédé d’anodisation est largement utilisé dans la menuiserie métallique.
Famille 7000 : les conditions d’anodisation doivent être ajustées à la composition et au type de protection recherchée.

Conducteurs électriques

La conductivité des alliages d’aluminium varie de 63 % pour l’aluminium pur à moins de 30 % pour certains alliages des familles 2000, 5000 et 7000.
Les conducteurs électriques sont fabriqués avec des alliages de deux familles :
1000 lorsque la résistance mécanique de l’aluminium est suffisante,
6000 lorsque le conducteur doit avoir une résistance mécanique supérieure.

Résistance à haute et basse température

L’alliage dont la résistance mécanique ne diminue pratiquement pas jusqu’à une température de 150°C est le 2618A :

Température	20°C	150°C	200°C
Charge de rupture	440 MPa	390 MPa	320 MPa

Pour les basses températures, atteintes dans des applications cryogéniques comme le stockage et le transport des gaz liquéfiés, on utilise le 5086 dont la charge de rupture augmente à basse température :

Température	20°C	80°C	195°C
Charge de rupture	278 MPa	295 MPa	390 MPa

Exemples d’utilisations et principaux alliages utilisés :

Mécanique générale
Pièces de machines diverses : 2017A
Visserie, boulonnerie, rivets (rivets Pop) : 7075, 5754
Moules pour la plasturgie : 7075
Semelles d’outillage de découpe : 7075
Baguettes de soudure : 2219, 4043

Aéronautique et armement
Munitions, tourelles de char, blindages : 2024, 7020, 7049
Structures d’avions, tôles de fuselage : 2024, 2014, 7075, 2618A

Chimie, produits alimentaires
Ustensiles de cuisine (casseroles, poêles) : 3003, 4006
Capsules, boîtes de conserve, emballages, aérosols : 3105, 1050A
Cuves d’acide nitrique, échangeurs : 1200, 3003
Tubes d’irrigation : 3003

Electricité
Câbles haute tension : 1370
Méplats conducteurs : 6101
Ossature d’armoires électriques : 6060
Culots de lampes, pylônes : 6106

Transport
Ridelles, bennes, citernes : 5086
Voitures de chemin de fer : 6005A
Caravanes, habillage de camions et d’autocars : 3003
Echangeurs, radiateurs, cryogénie : 1200, 3003, 5086
Panneaux de signalisation : 6060

Sport
Cannes de ski, inserts dans les semelles de ski : 7020, 7075
Mousquetons d’alpinisme : 7075, 7010
Articles de camping : 1050A, 3003
Meubles de jardin : 3003