L'aluminium est le métal le plus abondant du monde et est le troisième élément le plus courant comprenant 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 processus de Bayer. L'alumine est ensuite convertie en métal en aluminium à l'aide de cellules électrolytiques et du processus Hall-Heroult.
Demande annuelle d'aluminium
La demande mondiale d'aluminium est d'environ 29 millions de tonnes par an. Environ 22 millions de tonnes sont un nouvel aluminium et 7 millions de tonnes sont des ferrailles en aluminium recyclées. L'utilisation de l'aluminium recyclé est convaincante économiquement et environnementale. Il faut 14 000 kWh pour produire 1 tonne de nouvel aluminium. Inversement, il ne faut que 5% de cela pour remettre et recycler une tonne d'aluminium. Il n'y a pas de différence de qualité entre les alliages en aluminium vierge et recyclé.
Applications de l'aluminium
Puraluminiumest doux, ductile, résistant à la corrosion et a une conductivité électrique élevée. Il est largement utilisé pour les câbles en papier et conducteur, mais l'alliage avec d'autres éléments est nécessaire pour fournir les forces les plus élevées nécessaires pour d'autres applications. L'aluminium est l'un des métaux d'ingénierie les plus légers, ayant un rapport de résistance au poids supérieur à l'acier.
En utilisant diverses combinaisons de ses propriétés avantageuses telles que la force, 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 varie des matériaux structurels aux feuilles d'emballage minces.
Désignations en alliage
L'aluminium est le plus souvent allié avec du cuivre, du zinc, du magnésium, du silicium, du manganèse et du lithium. De petits ajouts de chrome, de titane, de zirconium, de plomb, de bismuth et de nickel sont également fabriqués et le fer est invariablement présent en petites quantités.
Il y a plus de 300 alliages forts avec 50 en usage courant. Ils sont normalement identifiés par un système à quatre chiffres qui est originaire des États-Unis et est désormais universellement accepté. Le tableau 1 décrit le système pour les alliages forts. Les alliages coulés ont des désignations similaires et utilisent un système à cinq chiffres.
Tableau 1.Désignations pour les alliages en aluminium forgé.
| Élément d'alliage | Forgé |
|---|---|
| Aucun (99% + aluminium) | 1xxx |
| Cuivre | 2xxx |
| Manganèse | 3xxx |
| Silicium | 4xxx |
| Magnésium | 5xxx |
| Magnésium + silicium | 6xxx |
| Zinc | 7xxx |
| Lithium | 8xxx |
Pour les alliages en aluminium forgé non alliés désignés 1xxx, les deux derniers chiffres représentent la pureté du métal. Ils sont l'équivalent des deux derniers chiffres après le point décimal lorsque la pureté en aluminium est exprimée aux 0,01% les plus proches. Le deuxième chiffre indique des modifications des limites d'impureté. Si le deuxième chiffre est nul, il indique l'aluminium non allié ayant des limites d'impureté naturelle et 1 à 9, indiquez des impuretés individuelles ou des éléments d'alliage.
Pour les groupes 2xxx à 8xxx, les deux derniers chiffres identifient différents alliages d'aluminium dans le groupe. Le deuxième chiffre indique les modifications de l'alliage. Un deuxième chiffre de zéro indique l'alliage et les entiers d'origine 1 à 9 indiquer des modifications d'alliage consécutives.
Propriétés physiques de l'aluminium
Densité de l'aluminium
L'aluminium a une densité autour d'un tiers celle de l'acier ou du cuivre, ce qui en fait l'un des métaux les plus légers disponibles dans le commerce. Le ratio de résistance élevée / poids qui en résulte en fait un matériau structurel important permettant une augmentation des charges utiles ou des économies de carburant pour les industries des transports en particulier.
Force de l'aluminium
L'aluminium pur n'a pas de résistance à la traction élevée. 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 avec des propriétés adaptées à des applications particulières.
Aluminiumest bien adapté aux environnements froids. Il a l'avantage sur l'acier en ce que sa résistance à la traction augmente avec la diminution de la température tout en conservant sa ténacité. L'acier en revanche 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 a 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. Combiné avec son non toxique, cette propriété signifie que l'aluminium est largement utilisé dans les ustensiles de cuisson et les ustensiles de cuisine.
Conductivité électrique de l'aluminium
Avec le cuivre, l'aluminium a une conductivité électrique suffisamment élevée pour être utilisée comme conducteur électrique. Bien que la conductivité de l'alliage conducteur couramment utilisé (1350) ne soit qu'environ 62% du cuivre recuit, il n'est qu'un tiers le poids et peut donc effectuer deux fois plus d'électricité par rapport au cuivre du même poids.
Réflectivité de l'aluminium
Des UV aux infrarouges, l'aluminium est un excellent réflecteur de l'énergie rayonnante. Une réflectivité de lumière visible d'environ 80% signifie qu'elle est largement utilisée dans les luminaires. Les mêmes propriétés de réflectivitéaluminiumIdéal comme matériau isolant pour se protéger contre les rayons du soleil en été, tout en isolant contre la perte 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 moyen (0-100 ° C) (CAL / G. ° C) | 0,219 |
| Conductivité thermique (0-100 ° C) (CAL / CMS. ° C) | 0,57 |
| Coefficient d'expansion 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 |
| Ratio de Poisons | 0,34 |
Propriétés mécaniques de l'aluminium
L'aluminium peut être gravement déformé sans défaillance. Cela permet de former en aluminium en roulant, en extrudant, en dessinant, en usinant et en autres processus mécaniques. Il peut également être coulé à une tolérance élevée.
L'alliage, le travail au 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 cela peut être augmenté à plus de 690 MPa pour certains alliages de traitement thermique.
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 aluminium
| Standard | Portée |
|---|---|
| EN485-1 | Conditions techniques pour l'inspection et la livraison |
| EN485-2 | Propriétés mécaniques |
| EN485-3 | Tolérances pour le matériau roulé chaud |
| EN485-4 | Tolérances pour le matériau roulé à froid |
| EN515 | Temper des désignations |
| EN573-1 | Système de désignation en alliage numérique |
| EN573-2 | Système de désignation de symboles chimiques |
| EN573-3 | Compositions chimiques |
| EN573-4 | Formulaires de produit dans différents alliages |
Les normes EN diffèrent de l'ancienne norme, BS1470 dans les domaines suivants:
- Compositions chimiques - inchangés.
- Système de numérotation en alliage - inchangé.
- Les désignations de tempérament pour les alliages traitables par la chaleur couvrent désormais une gamme plus large de tempéraments spéciaux. Jusqu'à quatre chiffres après l'introduction du T pour les applications non standard (par exemple T6151).
- Les désignations de tempérament pour les alliages non traitables par la chaleur - les tempéraments existants sont inchangés, mais les températures sont désormais définies de manière plus exhaustive en termes de création de la façon dont elles sont créées. Le tempérament doux (O) est désormais H111 et un tempérament intermédiaire H112 a été introduit. Pour l'alliage 5251, les tempéraments sont maintenant indiqués sous forme de H32 / H34 / H36 / H38 (équivalent à H22 / H24, etc.). H19 / H22 et H24 sont maintenant affichés séparément.
- Propriétés mécaniques - restent similaires aux chiffres précédents. Le stress à 0,2% de preuve doit désormais être cité sur les certificats de test.
- Les tolérances ont été resserrées à divers degrés.
Traitement thermique de l'aluminium
Une gamme de traitements thermiques peut être appliqué aux alliages d'aluminium:
- Homogénéisation - L'élimination de la ségrégation par chauffage après la coulée.
- Recuit - utilisé après le froid travaillant pour adoucir les alliages durcissants (1xxx, 3xxx et 5xxx).
- Précipitation ou durcissement par âge (alliages 2xxx, 6xxx et 7xxx).
- Traitement thermique de la solution avant le vieillissement des alliages de durcissement des précipitations.
- Couchage pour le durcissement des revêtements
- Après traitement thermique, un suffixe est ajouté aux numéros de désignation.
- Le suffixe F signifie «comme fabriqué».
- O signifie «produits forgés recuits».
- T signifie qu'il a été «traité thermique».
- W signifie que le matériau a été traité à la chaleur en solution.
- H fait référence à des alliages non traitables de chaleur qui sont «travaillés à froid» ou «durcis en tension».
- Les alliages traitables non chauffants sont ceux des groupes 3xxx, 4xxx et 5xxx.
Heure du poste: 16 juin-2021