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

Production d'aluminium

L'aluminium est dérivé de la bauxite minérale. La bauxite est convertie en oxyde d'aluminium (alumine) via le procédé Bayer. L'alumine est ensuite convertie en aluminium métallique à l'aide de cellules électrolytiques et du procédé Hall-Héroult.

Demande annuelle d'aluminium

La demande mondiale d'aluminium est d'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 recyclés. L’utilisation d’aluminium recyclé est économiquement et écologiquement intéressante. Il faut 14 000 kWh pour produire 1 tonne d'aluminium neuf. A 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 vierges et recyclés.

Applications de l'aluminium

Puraluminiumest doux, ductile, résistant à la corrosion et possède une conductivité électrique élevée. Il est largement utilisé pour les câbles à feuilles et conducteurs, mais un alliage avec d'autres éléments est nécessaire pour fournir les résistances supérieures nécessaires à d'autres applications. L'aluminium est l'un des métaux techniques les plus légers, ayant un rapport résistance/poids supérieur à l'acier.

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

Désignations des alliages

L'aluminium est le plus souvent allié au cuivre, au zinc, au magnésium, au silicium, au manganèse et au lithium. De petites additions de chrome, de titane, de zirconium, de plomb, de bismuth et de nickel sont également apportées et le fer est invariablement présent en petites quantités.

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

Tableau 1.Désignations des alliages d'aluminium corroyés.

Pour les alliages d'aluminium corroyé 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 pour cent près. Le deuxième chiffre indique des modifications dans les limites d'impuretés. Si le deuxième chiffre est zéro, cela indique de l'aluminium non allié ayant des limites d'impuretés naturelles et 1 à 9 indique des impuretés individuelles ou des 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 des modifications consécutives de l'alliage.

Propriétés physiques de l'aluminium

Densité de l'aluminium

L'aluminium a une densité environ un tiers de celle de l'acier ou du cuivre, ce qui en fait l'un des métaux les plus légers disponibles dans le commerce. Le rapport résistance/poids élevé qui en résulte en fait un matériau structurel important permettant des charges utiles accrues ou des économies de carburant pour les industries du transport en particulier.

Résistance de l'aluminium

L'aluminium pur n'a pas une résistance élevée à la traction. Cependant, l’ajout d’éléments d’alliage comme le manganèse, le silicium, le cuivre et le magnésium peut augmenter les propriétés de résistance de l’aluminium et produire un alliage aux propriétés adaptées à des applications particulières.

Aluminiumest bien adapté aux environnements froids. Il présente l'avantage par rapport à l'acier que sa résistance à la traction augmente avec la diminution de la température tout en conservant sa ténacité. L’acier, quant à lui, devient cassant à basse température.

Résistance à la corrosion de l'aluminium

Lorsqu'elle est exposée 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. Il est assez résistant à la plupart des acides mais moins résistant aux alcalis.

Conductivité thermique de l'aluminium

La conductivité thermique de l'aluminium est environ trois fois supérieure à celle de l'acier. Cela fait de l'aluminium un matériau important pour les applications de refroidissement et de chauffage telles que les échangeurs de chaleur. Combinée au fait qu'elle est non toxique, cette propriété signifie que l'aluminium est largement utilisé dans les ustensiles de cuisine et les ustensiles de cuisine.

Conductivité électrique de l'aluminium

Avec le cuivre, l’aluminium a 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 représente qu'un tiers de son poids et peut donc conduire deux fois plus d'électricité que le cuivre de même poids.

Réflectivité de l'aluminium

Des UV aux infrarouges, l’aluminium est un excellent réflecteur d’énergie rayonnante. La réflectivité de la lumière visible d’environ 80 % signifie qu’elle est largement utilisée dans les luminaires. Les mêmes propriétés de réflectivité fontaluminiumidéal comme matériau isolant pour se protéger des rayons du soleil en été, tout en isolant des déperditions de chaleur en hiver.

Tableau 2.Propriétés de l'aluminium.

Propriétés mécaniques de l'aluminium

L'aluminium peut être gravement déformé sans défaillance. Cela permet à l'aluminium d'être formé par laminage, extrusion, étirage, usinage et autres procédés mécaniques. Il peut également être coulé avec une tolérance élevée.

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 jusqu'à plus de 690 MPa pour certains alliages traitables thermiquement.

Normes en aluminium

L'ancienne norme BS1470 a été remplacée par neuf normes EN. Les normes EN sont données 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 d’états d’état pour les alliages traitables thermiquement couvrent désormais une gamme plus large d’états spéciaux. Jusqu'à quatre chiffres après le T ont été introduits pour les applications non standard (par exemple T6151).
• Désignations de trempe pour les alliages non traitables thermiquement – ​​les trempes existantes restent inchangées mais les trempes sont désormais définies de manière plus complète en termes de manière dont elles sont créées. L'état doux (O) est désormais H111 et un état intermédiaire H112 a été introduit. Pour l'alliage 5251, les états sont désormais affichés sous la forme H32/H34/H36/H38 (équivalent à H22/H24, etc.). H19/H22 et H24 sont désormais affichés séparément.
• Propriétés mécaniques – restent similaires aux chiffres précédents. Une contrainte de preuve de 0,2 % doit désormais être indiquée sur les certificats de test.
• 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 – suppression de la ségrégation par chauffage après la coulée.
  • Recuit – utilisé après le travail à froid pour ramollir 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.
  • Étuve pour le durcissement des revêtements
  • Après 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.