L'aluminium est le métal le plus abondant au monde et le troisième élément le plus courant ; il constitue 8 % de la croûte terrestre. Sa polyvalence en fait le métal le plus utilisé après l'acier.
Production d'aluminium
L'aluminium est issu de la bauxite. La bauxite est transformée en oxyde d'aluminium (alumine) par le procédé Bayer. L'alumine est ensuite convertie en aluminium métallique par électrolyse, selon le 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 proviennent de l'aluminium neuf et 7 millions de tonnes du recyclage des déchets d'aluminium. L'utilisation d'aluminium recyclé est économiquement et écologiquement avantageuse. La production d'une tonne d'aluminium neuf nécessite 14 000 kWh. En revanche, le recyclage d'une tonne d'aluminium ne requiert que 5 % de cette énergie. La qualité des alliages d'aluminium est identique, qu'ils soient vierges ou recyclés.
Applications de l'aluminium
PuraluminiumL'aluminium est mou, ductile, résistant à la corrosion et possède une conductivité électrique élevée. Il est largement utilisé pour les feuilles métalliques et les câbles conducteurs, mais un alliage avec d'autres éléments est nécessaire pour atteindre les résistances supérieures requises pour d'autres applications. L'aluminium est l'un des métaux d'ingénierie les plus légers, avec un rapport résistance/poids supérieur à celui de l'acier.
Grâce à ses nombreuses propriétés avantageuses, telles que sa résistance, sa légèreté, sa résistance à la corrosion, sa recyclabilité et sa 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 minces.
Désignations des alliages
L'aluminium est le plus souvent allié au cuivre, au zinc, au magnésium, au silicium, au manganèse et au lithium. On y ajoute également de petites quantités de chrome, de titane, de zirconium, de plomb, de bismuth et de nickel, et le fer est toujours présent en faibles quantités.
Il existe plus de 300 alliages corroyés, dont 50 sont couramment utilisés. Ils sont généralement identifiés par un système à quatre chiffres, d'origine américaine et désormais universellement accepté. Le tableau 1 décrit ce système. Les alliages moulés ont une désignation similaire, à cinq chiffres.
Tableau 1.Désignations des alliages d'aluminium corroyés.
| Élément d'alliage | Forgé |
|---|---|
| Aucun (plus de 99 % d'aluminium) | 1XXX |
| Cuivre | 2XXX |
| Manganèse | 3XXX |
| Silicium | 4XXX |
| Magnésium | 5XXX |
| Magnésium + Silicium | 6XXX |
| Zinc | 7XXX |
| Lithium | 8XXX |
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 au 0,01 % près. Le deuxième chiffre indique les variations des limites d'impuretés. S'il est égal à zéro, il s'agit d'aluminium non allié présentant des limites d'impuretés naturelles ; les chiffres de 1 à 9 indiquent la présence d'impuretés ou d'éléments d'alliage spécifiques.
Pour les groupes 2XXX à 8XXX, les deux derniers chiffres identifient les différents alliages d'aluminium du groupe. Le deuxième chiffre indique les modifications apportées à l'alliage. Un deuxième chiffre égal à zéro indique l'alliage d'origine et les nombres de 1 à 9 indiquent des modifications successives de l'alliage.
Propriétés physiques de l'aluminium
Densité de l'aluminium
L'aluminium possède 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 rapport résistance/poids élevé en fait un matériau de structure important, permettant notamment d'accroître les charges utiles ou de réaliser des économies de carburant, y compris pour le secteur des transports.
Résistance de l'aluminium
L'aluminium pur ne possède pas une résistance à la traction élevée. Cependant, l'ajout d'éléments d'alliage comme le manganèse, le silicium, le cuivre et le magnésium permet d'accroître ses propriétés mécaniques et de produire un alliage aux propriétés adaptées à des applications spécifiques.
AluminiumIl est parfaitement adapté aux environnements froids. Il présente l'avantage, par rapport à l'acier, que sa résistance à la traction augmente lorsque la température diminue, tout en conservant sa ténacité. L'acier, quant à lui, devient cassant à basse température.
Résistance à la corrosion de l'aluminium
Au contact de 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 bases.
Conductivité thermique de l'aluminium
La conductivité thermique de l'aluminium est environ trois fois supérieure à celle de l'acier. Cette propriété fait de l'aluminium un matériau important pour les applications de chauffage et de refroidissement, notamment les échangeurs de chaleur. De plus, sa non-toxicité explique son utilisation répandue dans les ustensiles et articles de cuisine.
Conductivité électrique de l'aluminium
Tout comme le cuivre, l'aluminium possède une conductivité électrique suffisamment élevée pour être utilisé comme conducteur. Bien que la conductivité de l'alliage conducteur couramment utilisé (1350) ne représente qu'environ 62 % de celle du cuivre recuit, son poids est trois fois inférieur, ce qui lui permet de conduire deux fois plus d'électricité que le cuivre de même masse.
Réflectivité de l'aluminium
De l'ultraviolet à l'infrarouge, l'aluminium est un excellent réflecteur d'énergie rayonnante. Sa réflectivité à la lumière visible d'environ 80 % explique sa large utilisation dans les luminaires. Ces mêmes propriétés de réflectivité en font un matériau de choix pour la fabrication de luminaires.aluminiumIdéal comme matériau isolant pour se protéger des rayons du soleil en été, tout en isolant contre les pertes de chaleur en hiver.
Tableau 2.Propriétés de l'aluminium.
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Numéro atomique | 13 |
| Poids atomique (g/mol) | 26,98 |
| Valence | 3 |
| Structure cristalline | FCC |
| Point de fusion (°C) | 660.2 |
| Point d'ébullition (°C) | 2480 |
| Chaleur spécifique moyenne (0-100°C) (cal/g.°C) | 0,219 |
| Conductivité thermique (0-100°C) (cal/cms. °C) | 0,57 |
| Coefficient de dilatation linéaire (0-100°C) (x10-6/°C) | 23,5 |
| Résistivité électrique à 20 °C (Ω.cm) | 2,69 |
| Densité (g/cm3) | 2,6898 |
| Module d'élasticité (GPa) | 68,3 |
| Coefficient de Poisson | 0,34 |
Propriétés mécaniques de l'aluminium
L'aluminium peut être fortement déformé sans se rompre. Cela permet de le façonner par laminage, extrusion, étirage, usinage et autres procédés mécaniques. Il peut également être coulé avec une grande précision.
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 en aluminium
L'ancienne norme BS1470 a été remplacée par neuf normes EN. Ces normes EN sont présentées dans le tableau 4.
Tableau 4.Normes EN pour l'aluminium
| Standard | Portée |
|---|---|
| EN485-1 | Conditions techniques d'inspection et de livraison |
| EN485-2 | propriétés mécaniques |
| EN485-3 | Tolérances pour les matériaux laminés à chaud |
| EN485-4 | Tolérances pour les matériaux laminés à froid |
| EN515 | Désignations de tempérament |
| EN573-1 | Système de désignation numérique des alliages |
| EN573-2 | Système de désignation des symboles chimiques |
| EN573-3 | compositions chimiques |
| EN573-4 | Le produit se présente sous forme de différents alliages |
Les normes EN diffèrent de l'ancienne norme BS1470 dans les domaines suivants :
- Composition chimique – inchangée.
- Système de numérotation des alliages – inchangé.
- Les désignations de trempe des alliages traitables thermiquement couvrent désormais une gamme plus étendue de trempes spéciales. Jusqu'à quatre chiffres après le T ont été introduits pour les applications non standard (par exemple T6151).
- Désignations des états de trempe pour les alliages non traitables thermiquement : les états de trempe existants restent inchangés, mais leur définition est désormais plus précise, notamment en ce qui concerne leur mode d’obtention. L’état de trempe doux (O) est maintenant désigné par H111 et un état de trempe intermédiaire, H112, a été introduit. Pour l’alliage 5251, les états de trempe sont maintenant indiqués par H32/H34/H36/H38 (équivalents à H22/H24, etc.). Les états H19/H22 et H24 sont maintenant indiqués séparément.
- Les propriétés mécaniques restent similaires aux valeurs précédentes. La limite d'élasticité à 0,2 % doit désormais figurer sur les certificats d'essai.
- Les tolérances ont été resserrées à des degrés divers.
Traitement thermique de l'aluminium
Différents traitements thermiques peuvent être appliqués aux alliages d'aluminium :
- Homogénéisation – élimination des ségrégations par chauffage après coulée.
- Recuit – utilisé après le travail à froid pour adoucir les alliages à durcissement par écrouissage (1XXX, 3XXX et 5XXX).
- Durcissement par précipitation ou durcissement par vieillissement (alliages 2XXX, 6XXX et 7XXX).
- Traitement thermique de mise en solution avant vieillissement des alliages à durcissement structural.
- Cuisson au four 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 forgés recuits ».
- T signifie qu'il a subi un « traitement thermique ».
- W signifie que le matériau a subi un traitement thermique de mise 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.
Date de publication : 16 juin 2021
