PARTIE 1 : LES TYPES D’ALUMINIUM ET LEURS CARACTÉRISTIQUES

Généralités

En raison de la couche d’oxyde réfractaire (alumine) qui le recouvre, l’aluminium était jadis considéré non soudable. Peu après, l’utilisation d’un décapant (flux) permettant d’éliminer l’alumine permit le soudage au gaz des alliages d’aluminium. Grâce au décapage électronique, il est maintenant possible de souder l’aluminium au GTAW et même à l’électrode enrobée. De nos jours, l’aluminium se soude facilement et il est facile de faire un dépôt de qualité ayant une belle apparence avec les procédés SMAW, OAW, GTAW et GMAW.

Classification

Il existe différents alliages d’aluminium. Ils sont généralement classés selon « l’Aluminum Association Alloy Number” pour les alliages de corroyage. C’est une désignation de quatre chiffres :

XXXX                série d’alliage (voir ci-dessous) basée sur l’élément majeur de l’alliage,

XXXX                si différent de 0, dénote une modification dans l’alliage de base;

XXXXdans la série 1XXX, indique la pureté de l’aluminium et pour les séries 2XXX à 8XXX désigne un alliage spécifique de la série.

Exemple                                         Série d’alliage                                    Élément majeur

1100                                                       1XXX                                              Al – 99% et plus

2219                                                       2XXX                                             Cuivre (Cu)

3003                                                       3XXX                                             Manganèse (Mn)

4043                                                       4XXX                                             Silicium (Si)

5356                                                       5XXX                                             Magnésium (Mg)

6061                                                       6XXX                                             Mg + Si

7005                                                       7XXX                                             Zinc (Zn)

8006                                                       8XXX                                             Autres éléments

Les séries 1XXX, 3XXX, 4XXX, 5XXX et quelques alliages de la série 8XXX ne sont pas traitables thermiquement, c’est-à-dire qu’on ne peut pas changer de façon significative leurs propriétés mécaniques par des traitements thermiques. Cependant, les séries 2XXX, 6XXX, 7XXX et certains alliages de la série 8XXX sont traitables thermiquement. On peut modifier leurs propriétés mécaniques par des traitements thermiques parce qu’ils contiennent certains éléments d’alliage qui peuvent se dissoudre à l’intérieur de l’alliage à haute température et précipiter par la suite, de façon naturelle ou artificielle, pour améliorer les propriétés mécaniques.

Utilisations typiques

Les alliages de la série 1XXX sont souvent utilisés en raison de leur bonne conductibilité thermique et électrique. Ainsi, ils se retrouvent dans la fabrication des câbles aériens (exemple 1350), les échangeurs de chaleur et les casseroles (exemple 1050).

La série 2XXX est constituée des alliages aluminium – cuivre que l’on retrouve surtout dans le domaine aéronautique ou dans les transports civils et militaires en raison de leurs propriétés mécaniques élevées et de leur bonne usinabilité (exemple 2017).

Les alliages aluminium – manganèse de la série 3XXX sont utilisés pour leur résistance à la corrosion, leur soudabilité et leur aptitude au formage. On les retrouve dans la fabrication des tôles de toiture, les réservoirs d’entreposage et les chaudrons (exemple 3003).

Pour les pièces de moteur et les blocs moteurs , on utilise les alliages aluminium – silicium de la série 4XXX. Ils ont une très bonne coulabilité en plus de bien se comporter au forgeage (exemple 4356).

En raison de leur grande soudabilité, de leur résistance à la corrosion et de leurs propriétés mécaniques élevées, les alliages aluminium – magnésium de la série 5XXX sont utilisés dans la fabrication des bennes de camion, des couvercles pour boissons gazeuses et des bouteilles de plongée (exemple 5356).

La série 6XXX est constituée des alliages aluminium – magnésium – silicium, qui sont utilisés dans la fabrication de caravane de camping, de lampadaires, de boîtes de camions et pour certaines applications marines (exemple 6061).

En ce qui concerne les alliages aluminium – zinc de la série 7XXX, ceux-ci sont employés pour des applications particulières, tel que l’alliage 7020 qui est utilisé pour la construction du premier et deuxième étage de la fusée Ariane. Ce sont les alliages les plus complets. Ils sont résistants à la corrosion et possèdent une bonne coulabilité, une bonne usinabilité et de bonnes propriétés mécaniques en raison de leur teneur en zinc. On les utilise même pour fabriquer les plaques de blindage de certains avions militaires (exemple 7075).

Désignation des états métallurgiques

La désignation de l’état métallurgique est séparée par un tiret à la suite de celle de l’alliage. Cette désignation (“Aluminum Association Temper Designation System”) est utilisée pour l’aluminium et ses alliages coulés ou corroyés. Elle tient compte des diverses séquences de traitements effectués pour obtenir les caractéristiques métallurgiques désirées.

Elle est constituée d’une lettre caractérisant l’état de base et, pour les états écrouis ou traités thermiquement, elle est complétée par un ou plusieurs chiffres.

On retrouve les quatre états de base suivants :

– F, Brut de fabrication. Ce sont les matériaux dont l’état physique n’est pas contrôlé lors du processus de fabrication. Il n’y a pas d’exigences spécifiques pour les propriétés mécaniques de ces matériaux.

– O, Recuit. Caractérise un matériau dont la ductilité et la stabilité dimensionnelle sont préférées à la dureté et la résistance mécanique. C’est l’état le moins dur et le moins résistant des alliages corroyés.

– H, Écroui. Ce sont les alliages dont les propriétés mécaniques ont été améliorées par écrouissage à froid avec ou sans traitements thermiques. Le symbole H est toujours suivi par deux chiffres et plus. Le premier chiffre définit une suite d’opérations bien établie.

– H1X, Écroui par déformation à froid et s’applique aux produits dont les propriétés mécaniques sont obtenues seulement par écrouissage. Le deuxième chiffre définit le taux d’écrouissage : 1 étant le plus faible, 8 le plus élevé et 9 s’applique pour les matériaux ultra-durs (ultra-écrouis).
– H2X, Écroui et partiellement recuit. Produits durcis à un niveau élevé par écrouissage, puis restaurés partiellement par un recuit jusqu’à l’obtention des propriétés désirées. Le taux d’écrouissage résiduel est caractérisé de la même façon que H1X, par un second chiffre.
– H3X, Écroui et stabilisé. S’applique aux alliages contenant du magnésium et dont les propriétés mécaniques ont été stabilisées lors d’un traitement thermique à basse température. Le taux d’écrouissage résiduel est désigné de la même façon que dans les cas précédents.

– T, Traité thermiquement. Produit ayant subi différents traitements thermiques avec ou sans durcissement par écrouissage pour obtenir un état stable autre que F, O et H. Le symbole T est suivi d’un chiffre entre 2 et 10 inclusivement qui détermine la série de traitements thermomécaniques à laquelle a été soumis l’alliage.

-T1   Formage à chaud et vieillissement naturel

-T2   Formage à chaud, écrouissage et vieillissement naturel

-T3   Mise en solution, écrouissage et vieillissement naturel

-T4   Mise en solution et vieillissement naturel

-T5   Formage à chaud et vieillissement artificiel

-T6   Mise en solution et vieillissement artificiel

-T7   Mise en solution et survieillissement ou stabilisation

-T8   Mise en solution, écrouissage et vieillissement artificiel

-T9   Mise en solution, vieillissement artificiel et écrouissage

-T10 Formage à chaud, écrouissage et vieillissement artificiel

Propriétés physiques des alliages d’aluminium

Capacité thermique
La capacité thermique de l’aluminium, soit la quantité de chaleur nécessaire pour élever un gramme d’aluminium de 1°C, est deux fois plus élevée que celle du fer. C’est pourquoi il faut plus de chaleur ou d’énergie pour élever la température de l’aluminium comparativement au soudage de l’acier.

Coefficient de dilatation thermique
Il est environ le double de celui de l’acier. Par contre la déformation de l’acier est du même ordre que celle de l’aluminium en raison de la température de fusion de l’aluminium qui est environ la moitié de celle de l’acier soit 660°C (1220°F) contre 1540°C (2800°F) pour le fer.

Conductibilité thermique
L’aluminium est trois à cinq fois plus conducteur que l’acier. C’est pourquoi la chaleur se dissipe très rapidement dans les parties adjacentes à la soudure. Il faut donc fournir plus de chaleur en raison de la capacité thermique, mais aussi la fournir rapidement pour minimiser les pertes de chaleur de chaque côté de la soudure.

Intervalle de solidification
Certains alliages ont un intervalle de solidification élevé, comme les alliages aluminium – cuivre qui ont un intervalle de 60°C (140°F). À l’intérieur de cet intervalle, l’alliage est encore liquide et ne possède aucune résistance mécanique. Il est nécessaire de passer cet intervalle le plus rapidement possible pour éviter l’effondrement du bain de fusion à l’intérieur de cette zone.

Prochaine partie (2) : La soudabilité des alliages d’aluminium