Un alliage d’aluminium est une composition chimique où d’autres éléments sont ajoutés à l’aluminium pur afin d’améliorer ses propriétés. La principale raison est d’augmenter sa résistance mécanique. Ces éléments comprennent le fer, le silicium, le cuivre, le magnésium, le manganèse et le zinc à des concentrations combinées pouvant représenter jusqu’à 15% de l’alliage en poids. Les alliages sont identifiés par un numéro à quatre chiffres dans lequel le premier chiffre identifie une série caractérisée par ses principaux éléments d’alliage.

Les applications et leur série

Série

Principaux éléments (Alliages de corroyage)

1XXX

99 % d’aluminium (minimum)

2XXX

Cuivre

3XXX

Manganèse

4XXX

Silicium

5XXX

Magnésium

6XXX

Magnésium et silicium

7XXX

Zinc

8XXX

Autres éléments

9XXX

Série non utilisée

Série

Principaux éléments (Alliages de fonderie)

1XX.X

99 % d’aluminium (minimum)

2XX.X

Cuivre

3XX.X

Silicium avec cuivre et/ou magnésium

4XX.X

Silicium

5XX.X

Magnésium

6XX.X

Série inutilisée

7XX.X

Zinc

8XX.X

Étain

9XX.X

Autres éléments

Les traitements thermiques sont des opérations de chauffage et de refroidissement faites pour améliorer les propriétés mécaniques. Les alliages sont plus résistants et ils ont une meilleure ductilité. Les alliages à durcissement par écrouissage sont réservés aux séries qui ne réagissent pas au durcissement structural, soit les séries 1000, 3000 et 5000. L’écrouissage est le durcissement qui se caractérise par une augmentation de la limite d’élasticité et de la dureté sous l’effet de la déformation plastique. Ces alliages sont identifiés par la lettre H suivie de chiffres : H1 écroui, H2 écroui et partiellement recuit, H3 écroui et stabilisé, H4 écroui et peint ou laqué. Le deuxième chiffre indique le degré d’écrouissage de 1 à 9. Plus il est élevé, plus l’écrouissage est significatif (plus le produit est dur par rapport à l’état complètement recuit).

Les traitements de conversion chimique augmentent la résistance à la corrosion des pièces grâce à des bains de phosphatation ou de chromatation acides ou basiques. Ces traitements forment une couche d’oxyde de faible épaisseur qui sert de base d’adhérence aux peintures, aux vernis et aux colles.

Alliages de corroyage

Chiffre

Désignation

1er

principal élément par rapport à l’heure de départ prévue

2e

série 1XXX : teneur d’impureté de 1 à 9
série 2XXX à 8XXX : nombre de modifications

3e et 4e

série 1XXX : pourcentage d’aluminium ex. 1050 contient 99.50 % d’aluminium
série 2XXX à 8XXX : aucune signification

Désignation

0 : pièce coulée
1 : lingot dont les limites de composition chimique se rapprochent de la pièce coulée (probablement de métal recyclé)
2 : lingot d’aluminium primaire

L’aluminium pur commercial

Série 1000

Les alliages de la série 1000 sont constitués d’aluminium pur à 99% ou plus. Cette série présente une excellente résistance à la corrosion, une excellente maniabilité, ainsi qu’une haute conductivité thermique et électrique. Les alliages communs dans cette série sont le 1100 pour les conducteurs électriques et objets décoratifs, le 1050 pour les échangeurs de chaleur et les casseroles et le 1350, pour les applications électriques.

Alliages thermodurcissabes

Certains alliages sont renforcés par traitement thermique. C’est un procédé en trois étapes : mise en solution, trempe et vieillissement. Le traitement thermique chauffe l’aluminium à un point spécifique. Les éléments en alliage, appelés soluté, sont distribués de façon homogène avec l’aluminium. Le métal est ensuite refroidi. Les atomes de soluté se combinent en conséquence dans un précipité finement réparti. Cela se produit à température ambiante, appelé vieillissement naturel ou dans une opération de four à basse température appelée vieillissement artificiel.

Série 2000

Dans la série 2000, le cuivre est utilisé comme principal élément d’alliage et permet d’augmenter la résistance à la traction grâce au traitement thermique par solution. Ces alliages n’ont pas le même niveau de résistance à la corrosion atmosphérique comme beaucoup d’autres alliages d’aluminium. Par conséquent, ces alliages sont généralement protégés par anodisation. Ils sont généralement revêtus d’un alliage de haute pureté ou d’un alliage de la série 6000 pour résister à la corrosion. Puisque les alliages de la série 2000 sont difficiles à souder, ils sont utilisés dans les structures boulonnées ou rivetées. De plus, son utilisation se fait principalement dans le domaine militaire, dans la fabrication d’avions et des réservoirs cryogéniques. L’alliage le plus connu de la série est le 2024 qui est utilisé dans le transport militaire et civil.

Série 6000

Les séries 6000 sont polyvalentes, thermodurcissables, hautement malléables, soudables et possèdent une bonne résistance mécanique ainsi qu’une bonne résistance à la corrosion. Les alliages de cette série contiennent du silicium et du magnésium pour former du siliciure de magnésium dans l’alliage. Les produits d’extrusion des séries 6000 sont le premier choix pour les applications architecturales et structurelles. Ils peuvent être soudés et anodisés. L’alliage 6061 est l’alliage le plus utilisé dans cette série et est souvent utilisé dans les caravanes, les boîtes de camion, les lampadaires et les applications maritimes. Le 6063 est utilisé pour les applications architecturales puisqu’il est facilement extrudable comme le 6061.

Série 7000

Le zinc est le principal agent d’alliage pour cette série. Pour améliorer les propriétés mécaniques, il faut que le magnésium soit ajouté en une petite quantité. D’autres éléments tels que le cuivre et le chrome peuvent également être ajoutés en petites quantités. Néanmoins, ces alliages sont difficiles à produire et à fabriquer. C’est pourquoi ils sont utilisés dans des applications très spécifiques requérant une grande résistance mécanique comme la fabrication d’un avion ou d’un parechoc automobile. Les alliages les plus connus sont 7050 et 7075, largement utilisés dans l’industrie aéronautique. La plupart des alliages de cette série ont une couche protectrice puisqu’ils ont une moins bonne résistance à la corrosion.

Alliages non thermodurcissabes

Les alliages non traités thermiquement sont renforcés par le travail à froid. Le travail à froid se produit pendant les méthodes de laminage, filage ou pliage. C’est l’action de « travailler » le métal pour le rendre plus fort. Par exemple, lorsque l’aluminium est aplati, il devient plus fort puisque les grains sont déformés. Les éléments d’alliage comme le magnésium intensifient cet effet, ce qui entraîne une résistance encore plus élevée.

Série 3000

Le manganèse est le principal élément d’alliage de cette série, souvent avec une petite quantité de magnésium. Cependant, seul un pourcentage limité de manganèse peut être ajouté efficacement à l’aluminium, soit de 1.0 % à 1.5 %. Le 3003 est un alliage populaire à usage général et peut être utilisé dans des applications telles que tôles de toiture, réservoirs d’entreposage, articles ménagers, échangeurs de chaleur et ustensiles de cuisine. L’alliage 3304, qui a une plus grande résistance mécanique, est utilisé dans les canettes de bière ou de boissons gazeuses en aluminium.

Série 4000

La série 4000 représente un cas particulier puisqu’elle est à la fois traitable et non traitable thermiquement. La plupart des alliages de cette série ne sont pas traitables thermiquement. Par contre, lorsqu’ils sont utilisés pour souder des alliages traitables thermiquement, ils s’emparent de certains éléments d’alliage de ces derniers et peuvent, par la suite, réagir à certains traitements thermiques. Les alliages de la série 4000 sont combinés avec du silicium, qui peut être ajouté en quantité suffisante pour abaisser le point de fusion de l’aluminium, sans affecter sa fragilité. Pour cette raison, la série 4000 produit un excellent fil de soudure et des alliages de brasage où un point de fusion plus bas est nécessaire. L’alliage 4043 est l’un des alliages de remplissage les plus utilisés pour le soudage d’alliages de la série 6000 pour les applications structurelles et automobiles.

Série 5000

Le magnésium est le principal agent d’alliage de la série 5000 et est l’un des éléments d’alliage les plus efficaces et les plus utilisés pour l’aluminium. La concentration doit être supérieure à 7% pour être efficace. Les alliages de cette série possèdent une bonne résistance mécanique, ainsi qu’une soudabilité efficace en plus de présenter une forte résistance à la corrosion dans les milieux marins. Pour cette raison, les alliages d’aluminium et de magnésium sont grandement utilisés dans les applications structurales comme dans les bâtiments et les ponts. Les exemples d’applications communes d’alliage incluent :

  • 5005 pour les feuilles anodisées des applications architecturales;
  • 5052 en électronique;
  • 5056 pour les citernes routières et les bennes de camion;
  • 5082 pour les couvercles de contenants de boisson en aluminium;
  • 5083 et 5083 dans des applications marines et les plates-formes de forage;
  • 5454, 5754 et 5154 dans les bâtiments, travaux publics, transport et industries mécaniques.

Pour voir tous les alliages selon leur application, voir Aluminum Design Manual 2015 par The Aluminum Association p.IV-17 à IV19.

Le tableau suivant montre les alliages les plus couramment utilisés selon l’industrie.

 

Industries

Alliages surtout utilisés

Ferroviaire

5XXX/6XXX
5052, 5083, 5086, 5059 5383, 5454, 6061, 6082

Terrestre

5XXX/6XXX
5052, 6061, 6063, 6082

Maritime

5XXX/6XXX
5052, 5083, 5086, 6061, 6063, 6071

Aéronautique

2XXX/7XXX
2024, 2026, C490(Al-Li)*, 7050, 7075

Ponts et passerelles

6XXX
6063

Bâtiments et construction

1XXX/3XXX/5XXX/6XXX
6063

Solaire

6XXX
6061, 6063, 6162

Éolienne

6XXX
6061, 6063

Source : Ducker Analysis

Références
The Aluminum Association. (2017). Aluminum Alloys 101. En ligne. http://www.aluminum.org/resources/industry-standards/aluminum-alloys-101
Beaulieu, D. (2013). Les caractéristiques de l’aluminium structural (2e éd.) Montréal, Québec : Les presses de l’aluminium. Pages 23 à 26.