L'aluminium, un métal léger mais remarquablement robuste, a transformé l'industrie moderne avec sa combinaison unique de propriétés. De l'aérospatiale aux merveilles architecturales, des véhicules d'exploration sous-marine aux ustensiles de cuisine, l'aluminium remplit des fonctions cruciales, grâce à ses caractéristiques matérielles et aux variantes d'alliage adaptables.
Propriétés principales de l'aluminium
L'aluminium (AL), le numéro atomique 13, est connu pour son excellent rapport force / poids, résistance à la corrosion et conductivité thermique et électrique élevée. Il possède une densité d'environ 2,7 g / cm³, nettement plus légère que l'acier (~ 7,85 g / cm³), ce qui le rend idéal pour les applications sensibles au poids. Sa malléabilité et sa ductilité sont encore améliorées par l'alliage et les traitements thermo-mécaniques, permettant à la fois des formes complexes et des composants structurels robustes.
Composition et propriétés chimiques
L'aluminium dans sa forme pure dépasse 99% de teneur en aluminium, mais à des fins industrielles, elle est souvent alliée avec des éléments tels que le silicium (Si), le magnésium (Mg), le cuivre (Cu) et le zinc (Zn). Ces alliages ont un impact sur la résistance mécanique, la résistance à la corrosion et l'ouvrabilité. Vous trouverez ci-dessous un tableau de composition chimique standard (% en poids) pour les principales séries d'alliages en aluminium, qui guident les concepteurs lors de la sélection du matériau pour les fonctions ciblées.
| Série d'alliages | Éléments d'alliage | Plage de composition typique (WT%) |
|---|---|---|
| 1xxx | 99% min aluminium pur | Al: 99,0+; Si, foi, joueur de cueille <0,3% |
| 2xxx | Cuivre (Cu) | CU: 3,5 à 5,5%; MG: 0,2 à 1,5%; FE, SI <1% |
| 3xxx | Manganèse (MN) | MN: 1,0–1,5%; SI <1,0%; FE <0,7% |
| 4xxx | Silicon (Si) | Oui: 4,0 à 6,0%; Ça, mg <0,3% |
| 5xxx | Magnésium (mg) | MG: 3,0 à 5,0%; SI <0,4%; FE <0,5% |
| 6xxx | Magnésium (mg) + silicium (Si) | Mg: 0,8 à 1,2%; Si: 0,4 à 1,2%; FE <0,5% |
| 7xxx | Zinc (Zn) | Zn: 5,0-8,0%; MG: 1,5-2,5%; CU: 1,2 à 2,0% |
Température en alliage: couture des propriétés mécaniques de l'aluminium
La polyvalence des feuilles d'aluminium s'améliore notamment avec la température - le traitement thermique et les protocoles de travail mécaniques qui améliorent les propriétés mécaniques spécifiques. Les désignations de tempérament les plus couramment utilisées suivent les normes ASTM et AMS telles que:
| Code de tempérament | Condition | Description | Impact de la propriété mécanique |
|---|---|---|---|
| O | Recuit | État le plus doux; ductilité maximale | Force de traction: faible; allongement élevé |
| H1X | Endurgée (non traitée à la tension) | Divers durcissement par travail à froid | Augmentation de la résistance; légère réduction de la ductilité |
| H2X | La tension durcie + recuit partiel | Force modérée | Force et ductilité équilibrées |
| H3X | La tension durcie + stabilisée | Contraintes résiduelles minimales | Résistance aux changements dimensionnels |
| Ravir | Solution traitée à la chaleur + froid travaillé | Force modérée avec une bonne ténacité | Bonne force, caractéristiques de flexion |
| Estomac | Solution traitée à la chaleur + vieillissement artificiel | Force maximale | Résistance à la traction maximisée; ductilité légèrement inférieure |
Ces températures sont implémentées sélectivement en fonction de l'utilisation finale. Par exemple, les composants aérospatiaux utilisent souvent un alliage 7075-T6 qui présente une résistance à la traction élevée sur 500 MPa, tandis que les panneaux architecturaux hiérarchisent le 3003-H14 résistant à la corrosion pour la durabilité dans les environnements extérieurs.
Normes de mise en œuvre régissant les applications en aluminium
Les normes mondiales garantissent la cohérence et la sécurité de l'utilisation de l'aluminium. Les plus couramment référencés comprennent:
- ASTM B209: Spécification standard pour les membres de la feuille en aluminium et en aluminium en aluminium et des membres de la plaque couvrant spécifiquement les produits plus lourds que 0,016 pouce d'épaisseur. Il guide les propriétés mécaniques, les dimensions et les types d'alliages pertinents dans les applications telles que les panneaux de revêtement.
- Système de désignation AA (Aluminium Association): Aide à définir les compositions par des numéros de série, ce qui permet aux ingénieurs de sélectionner rapidement les alliages appropriés.
- AMS 2770: Spécification du matériau aérospatial décrivant les traitements de température en alliage en alliage en aluminium et de chaleur.
- ISO 6361: Pour les feuilles, les bandes et les assiettes en aluminium et en aluminium forgé, des bandes et des plaques, prévalent dans la conception automobile.
Applications fonctionnelles des feuilles d'aluminium: une enquête technique
Génie aérospatialL'aluminium fournit le cadre squelettique des fuselages, des ailes et des composants du moteur des avions. Pour cela, les alliages comme 2024 et 7075 sont répandus en raison de leur résistance favorable et de leur résistance à la fatigue combinée avec un traitement à la corrosion de sodium ou une protection de surface anodisante améliorant la durée de vie.
Secteur automobileLa poussée pour les véhicules plus légers pour améliorer l'efficacité énergétique universalise l'utilisation de la feuille d'aluminium. La série Alloy 5000 (comme 5052-H32) équilibre la résistance à la corrosion contre les charges d'impact, les panneaux de formation, les corps et les échangeurs de chaleur en raison d'une superbe activabilité.
Façades architecturales et toitureFeuille architecturale douce alliages en aluminium tels que 3003 et 3105 faciliter la forme de la beauté ainsi que la résistance à la force et aux intempéries. Ils subissent des revêtements ou anodisant conformément aux spécifications ASTM B221 et AAMA améliorant le cycle de vie.
Applications électriques et thermiquesLa conductivité thermique (~ 237 W / m · k) de certains alliages d'aluminium soutient l'utilisation dans les dissipateurs thermiques, les panneaux d'isolation du toit. En ce qui concerne l'électricité, les alliages de haute pureté 1350 sous-tendent les câbles de puissance aérienne.
Emballage et biens de consommationLes propriétés de la barrière de l'aluminium contre l'humidité, la lumière et l'oxygène font des alliages 1235 ou 1145 matériaux de choix dans la feuille d'emballage alimentaire, des canettes de boissons équilibrant la malléabilité et les normes de pureté définies par la FDA.
Composants marinsLa corrosion en eau salée n'est pas triviale dans les environnements marins; Les alliages AL-MG de la série 5000 (5052, 5083) associés à des températures plus élevées combinés à l'anodisation sont répandues pour protéger la durabilité des coques de navire et des structures offshore.
