Caractéristiques et comparaison des cinq séries d'alliages d'aluminium

Les alliages d'aluminium sont essentiels à l'industrie moderne grâce à leur légèreté, leur haute résistance, leur facilité de mise en œuvre et leur résistance à la corrosion. Différentes combinaisons d'éléments d'alliage ont permis de créer des séries aux propriétés variées afin de répondre à des besoins diversifiés. Voici une analyse et une comparaison approfondies des cinq principales séries d'alliages d'aluminium :

• Série 2xxx (alliages Al-Cu)

— l'épine dorsale du ciel, pionnière en matière de résistance et de résistance à la chaleur

Les alliages d'aluminium de la série 2xxx sont principalement composés de cuivre et de magnésium. Leur caractéristique la plus remarquable est leur résistance extrêmement élevée qui, notamment après traitement thermique (durcissement structural), les place parmi les plus résistants des alliages d'aluminium couramment utilisés.

Parallèlement, cette série présente une excellente résistance à la chaleur et conserve de bonnes propriétés mécaniques dans des environnements à haute température, ce qui lui confère un avantage dans les applications à haute température.

En revanche, sa faible résistance à la corrosion le rend vulnérable aux environnements agressifs, nécessitant souvent des traitements de protection de surface supplémentaires (revêtements ou placage aluminium, par exemple). Quant aux procédés d'assemblage, ses performances de soudage sont moyennes et les assemblages mécaniques, comme le rivetage, sont plus fréquemment utilisés.

Les notes courantes sont 2024 et 2219.

• Série 3xxx (alliages Al-Mn)

— gardiens de l'architecture, modèles d'économie et de résistance à la corrosion

L'élément principal ajouté à la série 3xxx est le manganèse.

Les principaux atouts de cette gamme résident dans son excellente résistance à la corrosion et ses propriétés exceptionnelles de formage et de transformation (notamment pour l'emboutissage profond et le laminage). Elle offre une résistance remarquable aux intempéries, en particulier aux environnements industriels et marins, et se prête aisément à l'usinage d'une grande variété de formes complexes. De plus, elle présente de bonnes propriétés de soudage, un excellent état de surface et un coût relativement faible.

Sa principale limitation est que sa résistance est moyenne et qu'il n'est pas bien adapté à une utilisation comme élément structurel porteur principal.

Les grades courants sont 3003 et 3105.

• Série 5xxx (alliages Al-Mg)

— le bouclier de la mer, la référence en matière de résistance à la corrosion et de soudure

La série 5xxx utilise le magnésium comme principal élément d'alliage.

Le principal atout de cette série réside dans sa résistance à la corrosion inégalée, notamment en milieu marin salin et chloré. Elle présente également une excellente soudabilité, avec des joints soudés robustes et une bonne résistance à la corrosion. Sa résistance mécanique, de moyenne à élevée (elle augmente avec la teneur en magnésium), est élevée. De plus, elle possède une bonne aptitude à l'écrouissage (la résistance peut être encore améliorée par travail à froid) et une bonne formabilité.

Cependant, certaines nuances peuvent être sensibles à la fissuration par corrosion sous contrainte dans certaines conditions lorsque la teneur en magnésium est très élevée.

Les notes courantes sont 5052 et 5754.

• Série 6xxx (alliages Al-Mg-Si)

— des joueurs polyvalents, des équilibreurs de performances globales

Les principaux éléments additifs de la série 6xxx sont le magnésium et le silicium, qui forment la phase de renforcement Mg2Si.

La principale caractéristique de cette série réside dans son excellent équilibre de propriétés. Elle présente une bonne résistance mécanique moyenne (qui peut être considérablement accrue par traitement de mise en solution et traitement thermique de vieillissement), une excellente résistance à la corrosion (généralement supérieure à celle des séries 2xxx et 7xxx) et une excellente extrudabilité, ce qui la rend idéale pour la production de profilés à sections complexes.

Parallèlement, il présente d'excellentes propriétés de soudage (notamment après traitement thermique T6), une bonne usinabilité et un aspect anodisé très esthétique. Bien qu'il ne soit pas aussi résistant que les séries 2xxx et 7xxx, il reste suffisamment robuste pour de nombreuses applications.

Les notes courantes sont 6061 et 6082.

• Série 7xxx (alliages Al-Zn-Mg-Cu)

— le roi de la force, le porteur ultime

La série 7xxx est généralement à base de zinc et de magnésium, parfois avec ajout de cuivre.

Cette série est à juste titre considérée comme la référence en matière de résistance parmi les alliages d'aluminium. Elle présente la plus haute résistance à température ambiante de tous les alliages d'aluminium, notamment après un traitement thermique (vieillissement) approprié de qualité aérospatiale. Elle possède également une excellente ténacité à la rupture et supporte des charges et des impacts élevés.

Cependant, la recherche d'une résistance extrême se fait au détriment d'une résistance à la corrosion relativement moyenne, avec une sensibilité particulière à la fissuration par corrosion sous contrainte. À l'état de haute résistance, il convient d'accorder une attention particulière à l'environnement et aux conditions d'utilisation. De plus, ses propriétés de soudage sont médiocres et le processus de soudage est complexe, nécessitant généralement des techniques de soudage spéciales et un traitement après soudage.

Les notes courantes sont 7075 et 7050.

• Comparaison succincte des principales caractéristiques des cinq séries :

Ces cinq séries d'alliages d'aluminium sont comme différents outils dans une boîte à outils de matériaux, chacune avec son propre avantage unique et son utilisation optimale :

2xxx et 7xxx sont les acteurs majeurs du secteur, spécialisés dans la haute résistance, la résistance à la chaleur et la capacité de supporter des charges extrêmes.

3xxx et 5xxx Ce sont les experts en corrosion, qui protègent les bâtiments et les océans.

6xxx Elle maîtrise l'équilibre, trouvant le juste milieu entre résistance, résistance à la corrosion et qualité de fabrication, ce qui la rend largement utilisée dans les projets du quotidien.

Lors du choix des matériaux, il est important de prendre en compte de multiples facteurs tels que la charge, les milieux corrosifs, la température, le procédé de formage (emboutissage, extrusion, forgeage), la méthode d'assemblage (soudage, rivetage) et le budget.