Applications de l'aluminium
L'aluminium est présent partout : il s'agit du métal le plus répandu sur la planète. La fine couche d'oxyde d'aluminium qui se forme dessus lorsqu'il est exposé à l'air le rend pratiquement exempt de corrosion, tandis que sa légèreté empêche vos pièces de se comporter comme une ancre de bateau. Alors que l'aluminium ne réagit généralement pas aux acides, il a tendance à se corroder dans les environnement (basiques) alcalins.
En général, l'aluminium est adapté aux matériaux pour les aéronefs et la construction, notamment les structures non porteuses. Plus spécifiquement, l'aluminium 6082 est un choix idéal pour les cadres de vélos, les bouteilles de plongée, les moulinets de pêche, les petits bateaux et les châssis de véhicules. Les meilleures propriétés de résistance de l'aluminium 7075 conviennent parfaitement aux moules pour les matières plastiques et les outillages ainsi qu'aux armatures d'avions. Et si vous recherchez un bon conducteur électrique, l'aluminium est également adapté. Il bénéficie d'une remarquable capacité de transfert de la chaleur, ce qui le rend excellent pour les dissipateurs thermiques.
L'alliage d'aluminium utilisé dans notre procédé de frittage laser direct de métal (DMLS), AlSi10Mg, ajoute du silicium et du magnésium. Souvent utilisé pour la coulée, il est très proche de l'alliage de la série 3000, du fait de l'ajout de magnésium en tant qu'élément d'alliage principal. Les propriétés de l'aluminium imprimé en 3D dépassent celles de son équivalent coulé, sauf pour l'allongement à la rupture inférieur.
Applications du titane
Le titane est également l'un des métaux les plus courants sur terre, mais son point de fusion est très élevé : il est donc difficile à transformer en produit utilisable. Cela explique principalement pourquoi il est plus cher que les autres métaux. Les pièces en titane comportent d'autres conséquences financières car elles sont difficiles à usiner. Le titane est reconnu pour sa résistance et il présente un rapport résistance/poids élevé. Bénéficiant également d'une excellente résistance à la corrosion, il s'agit d'un mauvais conducteur électrique.
L'un des avantages du titane est sa faible dilatation thermique. Avec un point de fusion d'environ 1 660 °C, il garde mieux sa forme lorsqu'il est exposé à la chaleur. De plus, au lieu d'absorber la chaleur, le titane a tendance à la réfléchir. Vous le trouverez donc dans des fenêtres à faible émissivité, assurant une protection contre les rayons infrarouges chauffants émis par le soleil.
Concernant l'apparence, la couleur du titane varie en fonction de son niveau d'altération. Elle peut varier du gris terne sous sa forme brute à l'argent brillant une fois lissé. Le titane utilisé dans notre procédé DMLS est le Ti 6Al4V, plus communément appelé Ti 6-4. Ses propriétés mécaniques sont similaires au titane de grade 23 à l'état recuit et sa résistance à la traction est exceptionnelle.
L'aluminium est un métal courant et populaire que l'on retrouve dans un large éventail de produits : pièces automobiles, composants aérospatiaux, équipements nautiques et marins, appareils électroniques grand public, y compris les smartphones, machines industrielles, systèmes de chauffage, ventilation et climatisation (CVC), etc.
Les ingénieurs et les concepteurs de produits utilisent fréquemment l'aluminium et ses alliages pour concevoir à la fois des prototypes et des pièces d'utilisation finale. Ce nouvel article examine pourquoi l'aluminium est si couramment utilisé, pourquoi il existe tant d'alliages d'aluminium, et donne un aperçu des principaux alliages que nous utilisons ici à Protolabs.
Pourquoi l'aluminium est-il si populaire ?
L'aluminium présente un rapport résistance/poids élevé, ce qui le rend léger, mais surtout solide et flexible. Il est également abordable, résistant à la corrosion et fonctionne bien dans une multitude d'applications.
Les alliages d'aluminium sont souvent utilisés dans les voitures en raison de la polyvalence du matériau. La formabilité et la résistance à la corrosion de l'aluminium en font un matériau facile à travailler et à façonner, mais sa solidité structurelle répond à l'exigence la plus importante pour les carrosseries de voitures. La solidité est importante, mais les carrosseries doivent être légères, avec un coût de production abordable, résistantes à la rouille et dotées des qualités esthétiques recherchées par les consommateurs, telles que des caractéristiques de finition de surface exceptionnelles. Ainsi, l'aluminium répond parfaitement à ces exigences.
Il en va de même pour les pièces aérospatiales. Les alliages d'aluminium sont souvent un matériau de prédilection pour les conceptions aérospatiales, en raison des propriétés de résistance à la corrosion et des capacités de résistance élevées de l'aluminium. Par rapport à l'acier, il s'agit d'une option légère, et d'un matériau idéal pour un large éventail de composants d'avion et d'applications aérospatiales.
L'allègement est un besoin essentiel des industries automobile et aérospatiale. Cela permet de réduire les émissions, de répondre aux normes en matière d'économie de carburant et surtout de faire baisser les coûts de production.
Pour l'aérospatiale, l'utilisation d'alliages d'aluminium réduit considérablement le poids d'un avion, car il est nettement plus léger que l'acier, ce qui permet aux avions de transporter plus de poids, d'augmenter le rendement énergétique et de réduire les coûts. La réduction du poids est étroitement liée à la consommation de carburant. Dans cette optique, les applications communes dans l'aérospatiale sont nombreuses, et beaucoup d'entre elles, sont en métal : Buses de distribution de carburant, échangeurs de chaleur, collecteurs, turbopompes, canaux de refroidissement, fixations, etc.
Pourquoi y a-t-il tant d'alliages ?
L'aluminium, en tant qu'élément pur, présente de nombreuses propriétés. Cependant, l'aluminium, tout seul, peut ne pas être assez résistant pour une utilisation avec une bonne durabilité. L'aluminium peut être combiné à d'autres éléments pour former des alliages, qui sont plus durables et mieux adaptés aux applications industrielles.
Que signifient les chiffres dans le nom de l'alliage ? Il existe 3 façons courantes de classer les métaux en Europe, c'est pourquoi nous avons inclus les 3. Voici comment les interpréter :
|
Aluminium 6082 |
T651 |
3.2315 |
AlSi1MgMn |
|
Norme EN |
Temper condition |
EN 10027 / DIN 1745 |
ISO Composition |
Norme EN
La série aluminium nomme les éléments avec quatre chiffres où le premier chiffre représente l'élément d'alliage principal, le deuxième chiffre indique une modification d'un alliage spécifique, et le troisième et quatrième chiffre sont des numéros arbitraires attribués à des alliages spécifiques de la série. Par exemple, 6082 fait partie de la série 6000 (et est presque identique à 6061).
Condition de trempe
Quelle que soit la condition de trempe, la composition chimique de l'alliage reste la même. Dans notre exemple, le T651 est souvent appelé T6 (ce qui signifie qu'il a subi un traitement thermique et un vieillissement artificiel). Le chauffage, l'étirage et le vieillissement (chauffage ou refroidissement contrôlé) sont autant de méthodes utilisées pour améliorer la combinaison de la résistance et de la ténacité d’une pièce.
EN 10027 / DIN 1745
Chaque métal est doté d'un code unique à 4 chiffres : Les aciers vont de 1.000 à 1.970. Les alliages de cuivre sont dans la gamme 2.000. Les alliages d'aluminium sont dans la gamme 3.000.
ISO
Cela correspond à la composition chimique. par exemple, la composition chimique de l'aluminium 6082 est AlSI1MgMN, le premier composant Al est le plus présent en %. Les autres composants sont ensuite indiqué par ordre décroissant. S'il n'y a pas de nombre, cela veut dire que c'est <1%.
L’on peut imager ainsi :
- AlSi1MgMn = ~99% Aluminium, Silicium (<1%), Magnésium 1%, Manganèse (<1%).
- Ti6Al4V = ~90% Titane, 6% Aluminium, 4% Vanadium.
Pour connaître la composition chimique exacte, y compris les oligo-éléments, consultez nos fiches techniques.
Les alliages les plus courants
Aluminium 6082-T651 | 3.2315 | AlSi1MgMn
L’aluminium 6082-T651 est l’alliage d'aluminium le plus couramment utilisé chez Protolabs. Si vous avez besoin d'un excellent alliage polyvalent, c'est un excellent choix. L'aluminium 6082 est utilisé principalement pour l'usinage CNC. Il est généralement choisi lorsque le soudage ou le brasage sont nécessaires à la confection de la pièce ou simplement pour sa résistance élevée à la corrosion. La formabilité est excellente en condition de trempe O et bonne dans l'état T4. La trempe T6 est plus résistante. Il est utilisé dans l'aérospatiale, les pièces automobiles, les équipements maritimes, les meubles, l'électronique grand public, les équipements sportifs et bien d'autres encore.
Principalement de l'aluminium ; allié avec jusqu'à 6,1% de zinc, 2,9% de magnésium 2% de cuivre ainsi que d'autres éléments...
Aluminium 5083-H111 | 3.3547 | AlMg4.5Mn0.7
Cet alliage présente une bonne usinabilité, une très bonne résistance à la corrosion, une résistance élevée à la fatigue, une soudabilité et une résistance modérée. Il est idéal pour une utilisation dans les conduites de carburant et d'huile des avions, les réservoirs de carburant, d'autres secteurs du transport, de l'automobile, de la marine etc…
Principalement de l'aluminium ; allié avec jusqu'à 4,9% de magnésium, 1% de manganèse et 0,4% de fer ainsi que d'autres éléments.
Aluminium 7075-T651 | 3.4365 | AlZn5.5MgCu
Le 7075 est l'alliage aérospatial standard de la série 7000. Il présente un bon équilibre sur les propriétés requises pour les applications aérospatiales, notamment en cas de charges statiques élevées.
L'aluminium est prédominant ; il est allié avec jusqu'à 6,1 % de zinc, 2,9 % de magnésium, 2 % de cuivre ainsi que d'autres éléments.
Il est utilisé pour les raccords d'avion, les engrenages, les vannes, les outils de moulage, les équipements de vélo, les équipements de camping et de sport etc… cela en raison de ses caractéristiques de légèreté et de résistance. L'ajout de chrome au mélange permet d'obtenir une bonne résistance aux fissures dues à la corrosion sous contrainte et une plus grande résistance à la fatigue de 160 MPa.
Aluminium 7075-T7351 | 3.4365 | AlZn5.5MgCu
Traitement thermique, puis vieillissement artificiel spécial pour la résistance à la corrosion sous contrainte. En prenant le T6 et en le sur-vieillissant, il perd un peu de résistance mais augmente sa ténacité. Cela le rend plus durable et bien adapté à l'aérospatiale, aux applications à très basse température comme les satellites et la cryogénie.
Aluminium 2024-T351 | 3.1355 | AlCu4Mg1
De qualité aérospatiale, la série 2000 présente une résistance à la traction ultime (UTS) inférieure à celle du 7075, mais un meilleur allongement et une bonne résistance à la fatigue. Il est donc idéal pour les applications nécessitant une résistance élevée à la fatigue cyclique ou pour les structures en tension.
Principalement de l'aluminium ; allié avec jusqu'à 4,9% de cuivre, 1,8% de magnésium et 0,9% de manganèse ainsi que d'autres éléments. T351 fait référence à la trempe T3 : Traitement thermique de mise en solution, travail à froid et vieillissement naturel. Comme le T4, il offre une bonne formabilité, pour une dureté et une résistance ultime à la traction (UTS) légèrement inférieures. Résistance à la fatigue plus élevée de 140 MPa
Aluminium casting 3000 series | 3.2381 | AlSi10Mg
Pilier de notre processus d'impression 3D par frittage laser direct de métaux (DMLS), cet alliage est comparable à l'alliage de la série 3000 utilisé dans les processus de coulée et de moulage sous pression. Il présente un bon rapport résistance/poids, une résistance aux températures élevées et à la corrosion, ainsi qu'une bonne résistance à la fatigue, au fluage et à la rupture. L'AlSi10Mg présente également une bonne conductivité thermique et électrique. Les pièces construites en AlSi10Mg sont détendues par traitement thermique après soudage au laser.
Pour toute question sur les alliages d'aluminium, les autres matériaux ou l'un de nos services de fabrication chez Protolabs, veuillez contacter un ingénieur d'application à l'adresse [email protected] ou au +33 (0)4 56 64 80 50
