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Alliages d'aluminium

Codage des laminés d’aluminium
  • 1XXX Aluminium pur 99,0 (qualité composite la plus basse)
  • 2XXX Aluminium allié principalement avec du cuivre
  • 3XXX Aluminium allié principalement à du manganèse (composite de qualité moyenne)
  • 4XXX Aluminium allié principalement avec du silicium
  • 5XXX Aluminium allié principalement à du magnésium (composite de haute qualité)
  • 6XXX Aluminium allié principalement au magnésium et au silicium
  • 7XXX Aluminium principalement allié au zinc
  • 8XXX Aluminium allié à d’autres éléments (lithium)
PANELCOMPOSITE00045

Dans la plupart des pays, des systèmes numériques à quatre chiffres sont utilisés pour identifier les alliages d’aluminium. Le premier chiffre indique le groupe d’alliage et les deux derniers chiffres identifient l’alliage d’aluminium ou indiquent la pureté de l’aluminium. Le deuxième chiffre indique les modifications apportées aux limites d’alliage ou d’impureté initiales.

L’aluminium et ses alliages sont généralement regroupés en séries. Les caractéristiques générales de chacune des séries sont décrites ci-dessous :

  • Série 1xxx – Composite de qualité inférieure

L’aluminium d’une pureté de 99,00 % ou plus a de nombreuses applications, notamment dans les domaines électrique et chimique. Ces qualités d’aluminium se caractérisent par une excellente résistance à la corrosion, une conductivité thermique et électrique élevée, de faibles propriétés mécaniques et une excellente usinabilité. Des augmentations modérées de la résistance peuvent être obtenues par cémentation. Le fer et le silicium sont les principales impuretés.

Il contient 99,00 % d’aluminium et est utilisé dans de nombreuses applications, notamment dans les domaines électrique et chimique. Ce haut degré de pureté de l’aluminium lui confère une excellente résistance à la corrosion, une conductivité thermique et électrique élevée et, bien qu’il ait de faibles propriétés mécaniques, une très bonne malléabilité. La présence de fer et de silicium sont les impuretés les plus fréquentes. Les applications les plus courantes de ces alliages sont les applications décoratives, les emballages de luxe (pour les cosmétiques, les parfums, etc.) et la fabrication de condensateurs électrochimiques, entre autres.

  • Série 2xxx.

Le cuivre est le principal élément d’alliage de cette série, généralement complété par du magnésium. Ces alliages nécessitent un traitement thermique de mise en solution pour obtenir des propriétés optimales. À l’état solubilisé, ces alliages présentent des propriétés mécaniques similaires et parfois supérieures à celles des aciers à faible teneur en carbone. Dans certains cas, un traitement thermique par précipitation (vieillissement) est utilisé pour augmenter encore les propriétés mécaniques. Ce traitement augmente la limite d’élasticité, ce qui entraîne des pertes d’élongation ; son effet sur la résistance à la traction n’est pas aussi important. Les alliages de la série 2xxx n’ont pas une aussi bonne résistance à la corrosion que la plupart des autres alliages d’aluminium et, dans certaines conditions, peuvent être sujets à la corrosion intergranulaire.

Le cuivre est le principal élément présent dans ce type d’alliage (Al-Cu), qui est généralement mélangé à du magnésium, mais en tant qu’ajout secondaire. La série 2xxx nécessite un traitement thermique de mise en solution pour obtenir des propriétés optimales ; en effet, dans des conditions de solubilité, ce type d’alliage présente des propriétés mécaniques similaires et, dans certains cas, supérieures à celles de l’acier au carbone. D’autre part, lorsque ces alliages sont soumis à des traitements de précipitation (vieillissement), la résistance au fluage augmente, ce qui entraîne une perte d’élongation et une fragilité accrue.

  • Série 3xxx. Composite de qualité moyenne

Le manganèse est le principal élément d’alliage de la série 3xxx. Ces alliages ne sont généralement pas traitables à chaud, mais leur résistance est supérieure de 20 % à celle des alliages de la série 1xxx. Étant donné que seul un pourcentage limité de manganèse (jusqu’à environ 1,5 %) peut être ajouté efficacement à l’aluminium, le manganèse est un élément important dans quelques alliages.

Le manganèse, entre 1 et 5 %, est le principal élément d’alliage de la série 3xxx. Ces alliages ne sont généralement pas traitables à chaud, mais leur résistance est supérieure de 20 % à celle des alliages de la série 1xxx. Étant donné que seul un pourcentage limité de manganèse – jusqu’à environ 1,5 % – peut être ajouté efficacement à l’aluminium, il s’agit d’un élément important dans un petit nombre d’alliages. Ils sont généralement utilisés pour fabriquer des panneaux de revêtement dans les secteurs de la construction et de la restauration, entre autres.Série 3xxx. Le manganèse, entre 1 et 5 %, est le principal élément d’alliage de la série 3xxx. Ces alliages ne sont généralement pas traitables à chaud, mais leur résistance est supérieure de 20 % à celle des alliages de la série 1xxx. Étant donné que seul un pourcentage limité de manganèse – jusqu’à environ 1,5 % – peut être ajouté efficacement à l’aluminium, il s’agit d’un élément important dans un petit nombre d’alliages. Ils sont généralement utilisés pour fabriquer des panneaux de revêtement dans les secteurs de la construction et de l’hôtellerie, entre autres.

  • Série 4xxx.

Le principal élément d’alliage de cette série est le silicium, qui peut être ajouté en quantités suffisantes (jusqu’à 12 %) en raison d’une réduction de la plage de fusion sans produire de fragilité. C’est pourquoi les alliages aluminium-silicium sont utilisés dans les fils de soudure dont la plage de fusion est inférieure à celle du métal de base. La plupart des alliages de cette série ne sont pas traitables à chaud, mais lorsqu’ils sont utilisés pour souder des alliages traitables à chaud, ils absorbent certains des constituants de ces derniers et réagissent donc au traitement thermique dans une certaine mesure. Les alliages contenant des quantités appréciables de silicium prennent une couleur gris anthracite foncé lors de l’application de finitions à l’oxyde anodique et sont donc très demandés pour les applications architecturales. L’alliage 4032 a un faible coefficient de dilatation thermique et une grande résistance à l’usure, ce qui le rend adapté à la production de pistons de moteur forgés.

Le principal élément d’alliage de cette série est le silicium, qui peut être ajouté en quantités suffisantes (jusqu’à 12 %). Le silicium réduit la fragilité qui se produit lors de la fusion, cette caractéristique est importante pour la fabrication de fils de soudure, où la température de fusion est également inférieure à celle du métal de base. Les alliages d’aluminium et de silicium ne sont pas traitables thermiquement, mais lorsqu’ils sont utilisés dans des alliages de soudage, qui sont traitables thermiquement, ils absorbent certains de ces composants et peuvent modifier leurs propriétés mécaniques. Les alliages contenant des quantités importantes de silicium prennent généralement une teinte gris foncé à anthracite lorsque des finitions à base d’oxyde anodique sont appliquées, c’est pourquoi ils sont très demandés par l’industrie pour des applications architecturales. L’alliage 4032, qui appartient à cette série, a un faible coefficient de dilatation thermique et une grande résistance à l’usure, deux caractéristiques qui le rendent adapté à la fabrication de pistons de moteur forgés.

  • Série 5xxx. Composite de la plus haute qualité

Le principal élément d’alliage des alliages en série est le magnésium. Le magnésium est beaucoup plus efficace que le manganèse en tant que durcisseur (environ 0,8 % de Mg pour 1,25 % de Mn) et peut être ajouté en plus grandes quantités. Les alliages de cette série présentent de bonnes caractéristiques de soudage et une bonne résistance à la corrosion en milieu marin.

Le principal élément d’alliage de cette série est le magnésium, mais ils en contiennent rarement plus de 5 %, car leurs propriétés mécaniques diminuent lorsqu’ils sont exposés pendant de longues périodes à l’influence de la température. Le magnésium est nettement plus efficace que le manganèse en tant que durcisseur et peut être ajouté en plus grandes quantités. Les alliages de cette série présentent de bonnes caractéristiques de soudage et une bonne résistance à la corrosion en milieu marin.

  • Série 6xxx.

Les alliages de la série 6xxx contiennent du silicium et du magnésium dans les proportions requises pour la formation du siliciure de magnésium (Mg2Si). Ce composé leur permet de subir un traitement thermique. Bien qu’ils ne soient pas aussi solides que la plupart des alliages des séries 2xxx et 7xxx, les alliages de la série 6xxx présentent une bonne aptitude au formage, au soudage, à l’usinage et à la résistance à la corrosion. Les alliages de ce groupe peuvent être formés à l’état T4 (traitement thermique de mise en solution, mais pas de traitement thermique de précipitation), puis renforcés par un traitement thermique de précipitation complet.)

Les alliages de ce type de série contiennent du silicium et du magnésium dans les proportions nécessaires à la formation du siliciure de magnésium (Mg2Si), un composé qui les rend aptes au traitement thermique. Ces alliages présentent une bonne résistance à la corrosion atmosphérique et conviennent parfaitement aux processus d’extrusion et de forgeage à chaud ; ils sont également performants dans les processus de formage à froid et présentent une excellente texture dans les processus d’anodisation. Bien que ces alliages ne soient pas aussi résistants que la plupart des alliages des séries 2xxx et 7xxx, ils présentent une bonne aptitude au formage, au soudage, à l’usinage et à la résistance à la corrosion. En outre, les alliages de ce groupe peuvent être formés par un traitement thermique de mise en solution, puis renforcés par un traitement thermique de précipitation totale (T6). (Pour plus d’informations, voir l’article sur les traitements thermiques de l’aluminium). Ce groupe d’alliages est largement utilisé dans les structures, les cadres et les fenêtres, entre autres, au service de l’industrie architecturale : également pour l’élaboration de tous types de lampes ou de boîtiers pour l’éclairage public, où la même propriété de conductivité thermique aide à dissiper la chaleur générée par les lumières et en fait le matériau idéal pour ce type d’applications.

  • Série 7xxx.

Le zinc, en quantités de 1 à 8 %, est le principal élément d’alliage dans les alliages de la série 7xxx et, lorsqu’il est combiné à un pourcentage mineur de magnésium, il donne des alliages pouvant être traités thermiquement et présentant une résistance modérée à très élevée. De faibles ajouts de scandium (Sc) améliorent également les propriétés. Les alliages de la série 7xxx sont utilisés dans les structures des cellules d’avion, les équipements mobiles et les pièces soumises à des contraintes de travail élevées. Les alliages à haute résistance 7xxx présentent une résistance réduite à la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC) et sont souvent utilisés dans un état légèrement sur-vieilli pour fournir de meilleures combinaisons de résistance mécanique, de résistance à la corrosion et de ténacité à la rupture.

Ce groupe comprend les alliages d’aluminium contenant du zinc, en quantités moyennes de 1 à 8 %, et qui, combinés à un pourcentage plus faible de magnésium, peuvent être traités thermiquement pour atteindre un niveau élevé de résistance. Généralement, le zirconium et le titane sont ajoutés à ce type d’alliage dans des quantités ne dépassant pas 0,25 pour augmenter la trempabilité de l’alliage, par exemple 7474, une variante de 7075, qui remplace ce dernier, en particulier lorsque des épaisseurs supérieures à 80 mm sont requises. Ils sont largement utilisés dans les structures des cellules d’avion, les équipements mobiles et les pièces soumises à des contraintes de travail élevées dans l’industrie aérospatiale. Les alliages 7xxx ont une résistance à la corrosion réduite et sont souvent utilisés avec un léger sur-vieillissement pour obtenir de meilleures combinaisons de résistance mécanique, de résistance à la corrosion et de ténacité à la rupture. Il est important de mentionner que ce type d’alliage d’aluminium est connu dans l’industrie colombienne sous le nom de duralumin.

  • Série 8xxx.

Il s’agit d’alliages dont la composition chimique est très variée. Par exemple, l’utilisation d’alliages Al-Fe-Ce renforcés par dispersion (par exemple 8019) ou d’alliages Al-Fe-V-Si (par exemple 8009, fabriqués par métallurgie des poudres) permet d’améliorer les performances à des températures élevées. Une faible densité et une plus grande rigidité peuvent également être obtenues dans les alliages contenant du lithium (par exemple 8090). Ce dernier alliage, qui est durcissable par précipitation, a remplacé les alliages des séries 2xxx et 7xxx dans les applications aérospatiales (par exemple, les composants d’hélicoptères).

Série 8xxx. Le fer est ajouté pour affiner le grain et augmenter ainsi la limite d’élasticité de l’alliage. Ils se prêtent bien aux processus de formage et sont particulièrement utilisés dans la fabrication d’ailettes d’échangeurs de chaleur et de tubes en spirale ; les deux alliages les plus courants de ce groupe sont le 8006 et le 8011.