L'aluminium est le métal le plus abondant au monde et le troisième élément le plus commun, constituant 8 % de la croûte terrestre. Sa polyvalence en fait le métal le plus utilisé après l'acier.

Production d'aluminium

L'aluminium est dérivé de la bauxite. La bauxite est transformée en oxyde d'aluminium (alumine) par le procédé Bayer. L'alumine est ensuite convertie en aluminium métal grâce à des cellules électrolytiques et au procédé Hall-Héroult.

Demande annuelle d'aluminium

La demande mondiale d'aluminium s'élève à environ 29 millions de tonnes par an. Environ 22 millions de tonnes sont de l'aluminium neuf et 7 millions de tonnes sont des déchets d'aluminium recyclé. L'utilisation d'aluminium recyclé est intéressante sur les plans économique et environnemental. Il faut 14 000 kWh pour produire une tonne d'aluminium neuf. À l'inverse, il n'en faut que 5 % pour refondre et recycler une tonne d'aluminium. Il n'y a aucune différence de qualité entre les alliages d'aluminium vierge et recyclé.

Applications de l'aluminium

PuraluminiumL'aluminium est souple, ductile, résistant à la corrosion et possède une conductivité électrique élevée. Il est largement utilisé pour les câbles en feuilles et conducteurs, mais son alliage avec d'autres éléments est nécessaire pour obtenir les résistances supérieures requises pour d'autres applications. L'aluminium est l'un des métaux industriels les plus légers, avec un rapport résistance/poids supérieur à celui de l'acier.

Grâce à ses diverses propriétés avantageuses, telles que la résistance, la légèreté, la résistance à la corrosion, la recyclabilité et la formabilité, l'aluminium est utilisé dans un nombre croissant d'applications. Cette gamme de produits s'étend des matériaux de structure aux films d'emballage fins.

Désignations des alliages

L'aluminium est généralement allié au cuivre, au zinc, au magnésium, au silicium, au manganèse et au lithium. De faibles ajouts de chrome, de titane, de zirconium, de plomb, de bismuth et de nickel sont également effectués, et le fer est toujours présent en petites quantités.

Il existe plus de 300 alliages corroyés, dont 50 sont couramment utilisés. Ils sont généralement identifiés par un système à quatre chiffres, originaire des États-Unis et aujourd'hui universellement accepté. Le tableau 1 décrit le système des alliages corroyés. Les alliages coulés ont des désignations similaires et utilisent un système à cinq chiffres.

Tableau 1.Désignations des alliages d'aluminium corroyés.

Pour les alliages d'aluminium corroyés non alliés désignés 1XXX, les deux derniers chiffres représentent la pureté du métal. Ils correspondent aux deux derniers chiffres après la virgule lorsque la pureté de l'aluminium est exprimée à 0,01 % près. Le deuxième chiffre indique les modifications des limites d'impuretés. Si le deuxième chiffre est zéro, il indique que l'aluminium non allié présente des limites d'impuretés naturelles, et les valeurs de 1 à 9 indiquent les impuretés individuelles ou les éléments d'alliage.

Pour les groupes 2XXX à 8XXX, les deux derniers chiffres identifient les différents alliages d'aluminium du groupe. Le deuxième chiffre indique les modifications de l'alliage. Un deuxième chiffre, zéro, indique l'alliage d'origine et les nombres entiers de 1 à 9 indiquent les modifications consécutives de l'alliage.

Propriétés physiques de l'aluminium

Densité de l'aluminium

L'aluminium présente une densité environ trois fois inférieure à celle de l'acier ou du cuivre, ce qui en fait l'un des métaux les plus légers disponibles sur le marché. Son excellent rapport résistance/poids en fait un matériau de structure essentiel, permettant d'augmenter les charges utiles ou de réaliser des économies de carburant, notamment dans le secteur des transports.

Résistance de l'aluminium

L'aluminium pur ne présente pas une résistance à la traction élevée. Cependant, l'ajout d'éléments d'alliage comme le manganèse, le silicium, le cuivre et le magnésium peut accroître sa résistance et produire un alliage aux propriétés adaptées à des applications spécifiques.

AluminiumIl est particulièrement adapté aux environnements froids. Il présente l'avantage, par rapport à l'acier, d'augmenter sa résistance à la traction avec la baisse de température, tout en conservant sa ténacité. En revanche, l'acier devient cassant à basse température.

Résistance à la corrosion de l'aluminium

Lorsqu'il est exposé à l'air, une couche d'oxyde d'aluminium se forme presque instantanément à la surface de l'aluminium. Cette couche présente une excellente résistance à la corrosion. Elle est relativement résistante à la plupart des acides, mais moins aux alcalis.

Conductivité thermique de l'aluminium

La conductivité thermique de l'aluminium est environ trois fois supérieure à celle de l'acier. Cela en fait un matériau essentiel pour les applications de refroidissement et de chauffage, comme les échangeurs de chaleur. Combinée à son caractère non toxique, cette propriété explique son utilisation intensive dans les ustensiles de cuisine.

Conductivité électrique de l'aluminium

Tout comme le cuivre, l'aluminium possède une conductivité électrique suffisamment élevée pour être utilisé comme conducteur électrique. Bien que la conductivité de l'alliage conducteur couramment utilisé (1350) ne représente qu'environ 62 % de celle du cuivre recuit, il ne pèse qu'un tiers de son poids et peut donc conduire deux fois plus d'électricité que du cuivre de même poids.

Réflectivité de l'aluminium

Des UV aux infrarouges, l'aluminium est un excellent réflecteur d'énergie radiante. Sa réflectivité de la lumière visible, d'environ 80 %, en fait un matériau largement utilisé dans les luminaires. Ces mêmes propriétés de réflectivité rendentaluminiumidéal comme matériau isolant pour protéger des rayons du soleil en été, tout en isolant des pertes de chaleur en hiver.

Tableau 2.Propriétés de l'aluminium.

Propriétés mécaniques de l'aluminium

L'aluminium peut être fortement déformé sans rupture. Il peut donc être formé par laminage, extrusion, étirage, usinage et autres procédés mécaniques. Il peut également être coulé avec des tolérances élevées.

L'alliage, le travail à froid et le traitement thermique peuvent tous être utilisés pour adapter les propriétés de l'aluminium.

La résistance à la traction de l'aluminium pur est d'environ 90 MPa, mais elle peut être augmentée à plus de 690 MPa pour certains alliages traitables thermiquement.

Normes sur l'aluminium

L'ancienne norme BS1470 a été remplacée par neuf normes EN. Ces normes sont présentées dans le tableau 4.

Tableau 4.Normes EN pour l'aluminium

Les normes EN diffèrent de l'ancienne norme BS1470 dans les domaines suivants :

• Compositions chimiques – inchangées.
• Système de numérotation des alliages – inchangé.
• Les désignations des états métallurgiques des alliages traitables thermiquement couvrent désormais une gamme plus large d'états spéciaux. Jusqu'à quatre chiffres après le « T » ont été ajoutés pour les applications non standard (par exemple, T6151).
• Désignations des états de transformation pour les alliages non traitables thermiquement – ​​les états de transformation existants restent inchangés, mais leur mode de fabrication est désormais défini de manière plus complète. L'état mou (O) est désormais H111 et un état intermédiaire, H112, a été introduit. Pour l'alliage 5251, les états de transformation sont désormais indiqués comme H32/H34/H36/H38 (équivalents à H22/H24, etc.). H19/H22 et H24 sont désormais indiqués séparément.
• Propriétés mécaniques – restent similaires aux chiffres précédents. La limite d’élasticité de 0,2 % doit désormais être indiquée sur les certificats d’essai.
• Les tolérances ont été resserrées à des degrés divers.
  

  Traitement thermique de l'aluminium

  Une gamme de traitements thermiques peut être appliquée aux alliages d'aluminium :

  • Homogénéisation – élimination de la ségrégation par chauffage après la coulée.
  • Recuit – utilisé après le travail à froid pour adoucir les alliages écrouis (1XXX, 3XXX et 5XXX).
  • Durcissement par précipitation ou vieillissement (alliages 2XXX, 6XXX et 7XXX).
  • Traitement thermique de mise en solution avant vieillissement des alliages à durcissement par précipitation.
  • Cuisson au four pour le durcissement des revêtements
  • Après le traitement thermique, un suffixe est ajouté aux numéros de désignation.
  • Le suffixe F signifie « tel que fabriqué ».
  • O signifie « produits corroyés recuits ».
  • T signifie qu’il a été « traité thermiquement ».
  • W signifie que le matériau a été traité thermiquement en solution.
  • H fait référence aux alliages non traitables thermiquement qui sont « travaillés à froid » ou « écrouis ».
  • Les alliages non traitables thermiquement sont ceux des groupes 3XXX, 4XXX et 5XXX.