Analyse complète de plusieurs matériaux en aluminium courants

introduction

L'aluminium et les alliages d'aluminium ont été largement utilisés dans l'industrie moderne et dans la vie quotidienne en raison de leur faible densité, de leur haute résistance, de leur bonne résistance à la corrosion, de leurs excellentes performances de traitement et de nombreux autres avantages. Les 6061-T6, 6063, 7075 et 5083 sont quelques-uns des matériaux en aluminium représentatifs, chacun possédant des caractéristiques de performance uniques et adapté à différents scénarios d'application.

Aluminium 6061-T6

Composition chimique

• Les principaux éléments d'alliage de l'alliage d'aluminium 6061 sont le magnésium (Mg) et le silicium (Si), et il contient également une petite quantité de cuivre (Cu), de manganèse (Mn), de chrome (Cr) et de zinc (Zn). Parmi eux, le magnésium et le silicium forment une phase de renforcement Mg₂Si, qui joue un rôle clé dans l'amélioration de la résistance de l'alliage.

Propriétés physiques

• Sa densité est d'environ 2,7g/cm³, et il possède une bonne conductivité thermique et électrique, ainsi qu'un coefficient de dilatation thermique relativement faible, ce qui lui confère une bonne stabilité dimensionnelle dans des environnements présentant de grands changements de température.

Propriétés mécaniques

• Force: À l'état 6061-T6, la résistance à la traction peut atteindre environ 310 MPa et la limite d'élasticité est d'environ 276 MPa. Il est très résistant et peut supporter une certaine charge.
• Dureté: La dureté Brinell est généralement d'environ 95HB, ce qui peut répondre aux exigences de dureté de nombreuses applications de traitement mécanique et structurelles.
• Dureté: Il a une bonne ténacité, n'est pas sujet à une fracture fragile en cas d'impact et peut absorber efficacement l'énergie.

Caractéristiques de traitement

• Coupe: Il présente de bonnes performances de coupe et est facile à traiter à l'aide de divers processus de coupe conventionnels, tels que le tournage, le fraisage, le perçage, etc., et peut obtenir un bon état de surface.
• Formant: Il peut être transformé en diverses formes de profilés, tuyaux, barres et plaques grâce à des processus de formage tels que l'extrusion, le forgeage et le laminage. Pendant le processus d'extrusion, il a une forte capacité de déformation et peut produire des produits avec des formes transversales complexes.

Processus de traitement thermique

• Le processus de traitement thermique T6 comprend un traitement en solution et un traitement de vieillissement artificiel. Le traitement en solution solide est généralement effectué à environ 530°C. L'alliage est chauffé à cette température et maintenu pendant un certain temps, puis rapidement refroidi afin que les éléments de l'alliage soient entièrement dissous dans la matrice d'aluminium. Par la suite, un traitement de vieillissement artificiel est effectué. La température de vieillissement est d'environ 180°C et le temps de vieillissement est de plusieurs heures. Grâce au traitement de vieillissement, l'alliage précipite la phase de renforcement, améliorant ainsi considérablement la résistance et la dureté de l'alliage.

Résistance à la corrosion

• Le 6061-T6 a une bonne résistance générale à la corrosion et peut maintenir une bonne stabilité dans l’atmosphère, l’eau douce et d’autres environnements. Le film d'oxyde formé sur sa surface peut jouer un certain rôle protecteur, mais dans certains environnements difficiles avec un acide fort, un alcali ou une salinité élevée, un certain degré de corrosion peut se produire. L'élément chrome présent dans l'alliage contribue à améliorer sa résistance à la corrosion et à lui permettre de résister dans une certaine mesure à la corrosion locale, telle que la piqûre.

Zone d'application

• Il est largement utilisé dans l'aérospatiale, la construction automobile, le traitement mécanique, la décoration architecturale et d'autres domaines. Dans l’aérospatiale, il est souvent utilisé pour fabriquer des pièces de structure d’avions, des pièces de trains d’atterrissage, etc. ; dans le domaine automobile, il peut être utilisé pour fabriquer des châssis de carrosserie, des roues, etc. ; dans le traitement mécanique, il est utilisé pour fabriquer diverses pièces mécaniques, accessoires d'outils, etc. ; dans la décoration architecturale, il est souvent transformé en profilés de portes et fenêtres, en cadres de murs-rideaux, etc.

6063 Aluminium

Composition chimique

• Les principaux éléments d'alliage sont le magnésium et le silicium. Sa composition chimique est similaire à celle du 6061, mais la teneur en chaque élément est légèrement différente. Relativement parlant, la teneur en silicium du 6063 est légèrement supérieure et la teneur en magnésium est légèrement inférieure.

Propriétés physiques

• La densité est également d'environ 2,7 g/cm³. Il a une bonne conductivité thermique et un faible coefficient de dilatation thermique. Il a une bonne brillance et est facile à anodiser pour obtenir une surface belle et résistante à la corrosion.

Propriétés mécaniques

• Force: La résistance à la traction est généralement comprise entre 200 et 250 MPa et la limite d'élasticité est d'environ 180 MPa, ce qui est légèrement inférieur à celui du 6061-T6.
• Dureté: La dureté Brinell est d'environ 70HB, ce qui est relativement faible.
• Dureté: La ténacité est bonne et peut répondre à certains scénarios d'application qui ne nécessitent pas une résistance particulièrement élevée mais qui ont des exigences en matière de formabilité et d'apparence.

Caractéristiques de traitement

• Moulage par extrusion: Il présente d'excellentes performances de moulage par extrusion, peut extruder des profils aux formes complexes et avec une précision dimensionnelle élevée, et présente une excellente qualité de surface. C'est l'un des principaux matériaux pour les profilés architecturaux en aluminium.
• Usinage: Il a de bonnes performances de coupe et peut effectuer des opérations de perçage, de fraisage, de taraudage et d'autres opérations de traitement. La finition de surface après traitement est élevée.

Processus de traitement thermique

• Le procédé de traitement thermique T5 ou T6 est généralement utilisé. Le traitement T5 consiste à refroidir directement l'air après une extrusion à haute température, puis à effectuer un traitement de vieillissement artificiel ; Le traitement T6 consiste à effectuer d'abord un traitement en solution solide, puis à effectuer un traitement de vieillissement artificiel. Après traitement thermique, la résistance et la dureté de l'alliage sont améliorées, tout en conservant une bonne ténacité et résistance à la corrosion.

Résistance à la corrosion

• Le matériau en aluminium 6063 présente une bonne résistance à la corrosion dans l'atmosphère, l'eau et certains environnements acides et alcalins faibles. Après anodisation, sa surface peut encore améliorer sa résistance à la corrosion et former un film d'oxyde dur et dense, qui empêche efficacement l'érosion par les milieux externes et peut être utilisée pendant longtemps dans le domaine de la décoration architecturale tout en conservant une bonne apparence.

Champs d'application

• Principalement utilisé dans l'industrie de la construction, comme les portes et fenêtres de bâtiments, les cadres de murs-rideaux, les bandes décoratives, etc. également utilisé pour fabriquer certains accessoires de meubles, boîtiers d'équipements électroniques et autres produits ayant des exigences élevées en matière d'apparence et de formabilité.

7075 Aluminium

Composition chimique

• Il s'agit d'un alliage d'aluminium à haute résistance, avec du zinc (Zn), du magnésium (Mg) et du cuivre (Cu) comme principaux éléments d'alliage, et contient également une petite quantité de chrome (Cr) et d'autres éléments. Le zinc et le magnésium forment une phase de renforcement et le cuivre améliore encore la résistance et la dureté de l'alliage.

Propriétés physiques

• La densité est d'environ 2,81 g/cm³, la conductivité thermique est bonne, le coefficient de dilatation thermique est relativement faible et il peut toujours maintenir une certaine stabilité des performances dans un environnement à haute température.

Propriétés mécaniques

• Force: La résistance à la traction peut atteindre 570 MPa ou plus et la limite d'élasticité est d'environ 500 MPa. Il s'agit de la résistance la plus élevée parmi plusieurs matériaux en aluminium et possède une capacité de charge extrêmement élevée.
• Dureté: La dureté Brinell peut atteindre environ 150HB, avec une dureté élevée et une bonne résistance à l'usure.
• Dureté: Bien que la résistance soit élevée, la ténacité est légèrement inférieure à celle des modèles 6061 et 6063. Cependant, dans des conditions raisonnables de conception et d’utilisation, il peut toujours répondre aux exigences de la plupart des applications à haute résistance.

Caractéristiques de traitement

• Coupe: La coupe est difficile. En raison de sa grande résistance, l'usure de l'outil est importante. Il est nécessaire d'utiliser des outils de haute dureté et de haute résistance à l'usure, ainsi que de sélectionner raisonnablement les paramètres de coupe pour garantir la qualité et l'efficacité du traitement.
• Formant: Il peut être formé par forgeage, laminage et autres processus, mais en raison de sa grande résistance à la déformation, il présente des exigences élevées en matière d'équipement et de processus de traitement.

Processus de traitement thermique

• Généralement, le processus de traitement thermique T6 est adopté, la température de traitement de la solution est d'environ 470 ℃ et la température de traitement de vieillissement est d'environ 120 ℃. En contrôlant avec précision les paramètres du processus de traitement thermique, la meilleure combinaison de résistance et de ténacité peut être obtenue.

Résistance à la corrosion

• La résistance à la corrosion de l'aluminium 7075 est relativement faible, en particulier dans un environnement contenant des ions chlorure, où des fissures par corrosion sous contrainte sont susceptibles de se produire. Bien que sa teneur élevée en cuivre contribue à améliorer la résistance, elle réduit dans une certaine mesure la résistance à la corrosion. Pendant l'utilisation, un traitement de surface spécial, tel que la peinture, l'anodisation, etc., est généralement nécessaire pour améliorer sa résistance à la corrosion, et doit être évité autant que possible dans des conditions environnementales sujettes à la corrosion sous contrainte pendant la conception.

Champs d'application

• Il est largement utilisé dans le domaine aérospatial, comme les poutres, les ailes, les trains d'atterrissage et d'autres composants structurels clés des avions ; dans l’industrie militaire, il est utilisé pour fabriquer des pièces d’armes et d’équipements ; dans le domaine des équipements sportifs haut de gamme, tels que les cadres de vélo et les têtes de club de golf, ses caractéristiques de haute résistance et de légèreté sont utilisées pour améliorer les performances du produit.

5083 Aluminium

Composition chimique

• Le principal élément d’alliage est le magnésium, et il contient également une petite quantité de manganèse (Mn) et d’autres éléments. La teneur élevée en magnésium confère à l'alliage une bonne résistance à la corrosion et une bonne résistance.

Propriétés physiques

• La densité est d'environ 2,66 g/cm³, ce qui est relativement faible parmi ces matériaux en aluminium. Il a une bonne conductivité thermique et électrique, ainsi qu'un coefficient de dilatation thermique modéré.

Propriétés mécaniques

• Force: La résistance à la traction peut atteindre environ 315 MPa et la limite d'élasticité est d'environ 230 MPa. La résistance est élevée et peut résister à des charges de traction et de flexion importantes.
• Dureté: La dureté Brinell est d'environ 90HB et peut répondre aux exigences générales des applications techniques.
• Dureté: Il a une excellente ténacité, en particulier dans un environnement à basse température, il peut toujours maintenir une bonne ténacité et il n'est pas facile de se briser de manière fragile. Il convient à certaines occasions nécessitant des performances à basse température.

Caractéristiques de traitement

• Performances de soudage: Les performances de soudage sont excellentes et diverses méthodes de soudage (telles que le soudage à l'arc, le soudage par résistance, etc.) peuvent être utilisées pour le soudage. Le joint soudé a une résistance élevée et une bonne qualité de soudure. Il est largement utilisé dans la fabrication de pièces de structure soudées.
• Coupe: Bonnes performances de coupe, facile à transformer en pièces de différentes formes.

Processus de traitement thermique

• Habituellement, aucun traitement thermique n’est effectué pour renforcer et la résistance est améliorée par l’écrouissage. Lors du travail à froid, tel que le laminage à froid et l'étirage à froid, la résistance de l'alliage augmentera progressivement tout en conservant une certaine plasticité et ténacité.

Résistance à la corrosion

• L'aluminium 5083 présente une excellente résistance à la corrosion, notamment dans les environnements marins et les milieux contenant des ions chlorure. La composition de ses éléments d'alliage lui permet de former un film d'oxyde stable à sa surface, résistant efficacement à l'érosion de l'eau de mer, de l'eau salée, etc., et constitue un matériau idéal pour la construction navale, l'ingénierie maritime et d'autres domaines. Même lorsqu'il est exposé pendant une longue période à des environnements marins difficiles, il peut maintenir une bonne intégrité structurelle et une bonne stabilité des performances.

Champs d'application

• Principalement utilisé dans la construction navale, l'ingénierie maritime, les appareils à pression, les équipements de réfrigération et d'autres domaines. Dans la construction navale, il est utilisé pour fabriquer des structures de coque, des ponts, des cloisons, etc. ; en génie maritime, il peut être utilisé pour fabriquer des plateformes offshore, des pipelines sous-marins, etc. ; dans le domaine des appareils à pression, grâce à sa bonne résistance à la corrosion et à ses performances de soudage, il peut être utilisé pour fabriquer des conteneurs pour stocker divers liquides ou gaz ; dans les équipements de réfrigération, sa ténacité à basse température et sa résistance à la corrosion sont utilisées pour fabriquer des carrosseries de camions réfrigérés, des panneaux muraux pour chambres froides, etc.

Conclusion

Les quatre matériaux en aluminium 6061-T6, 6063, 7075 et 5083 présentent des différences évidentes en termes de composition chimique, de propriétés physiques, de propriétés mécaniques, de caractéristiques de traitement, de processus de traitement thermique, de résistance à la corrosion et de domaines d'application. Dans les applications d'ingénierie réelles, il est nécessaire d'examiner et de sélectionner de manière exhaustive les matériaux en aluminium appropriés en fonction des exigences d'utilisation spécifiques, telles que la résistance, la dureté, la ténacité, la résistance à la corrosion, la difficulté de traitement, le coût et d'autres facteurs. Ce n'est qu'ainsi que les avantages des matériaux en aluminium pourront être pleinement utilisés pour répondre aux besoins de différents domaines et projets d'ingénierie et promouvoir le développement et le progrès des industries connexes. Que ce soit dans le domaine de haute technologie de l'aérospatiale ou dans des industries ordinaires telles que la décoration de bâtiments et la fabrication de produits de première nécessité, ces matériaux en aluminium jouent un rôle irremplaçable et important. Avec le développement continu de la science et de la technologie des matériaux, leurs performances seront encore optimisées et étendues, et leurs perspectives d'application seront plus larges.