Étant le plus largement disponible sur Terre, il est normal que l'aluminium ait un large éventail d'utilisations dans la fabrication et la production de pièces. Cependant, est-ce seulement son abondance qui attribue à son utilisation généralisée? Définitivement pas! L'aluminium a un rapport résistance/poids très élevé, supérieur même à l'acier. Combiné avec sa grande ductilité et usinabilité, l'utilisation de différents types d'aluminium dans de nombreuses industries est tout à fait justifiée.
Comme mentionné ci-dessus, il existe différentes qualités d'aluminium, chacune ayant des propriétés différentes. Par conséquent, cet article servira de guide de sélection des matériaux. Tout d'abord, il abordera les différents types de qualités d'aluminium, les utilisations de l'aluminium et ses propriétés. Il couvrira également les types de usinage de prototypes traite chaque nuance d'aluminium. Ensuite, lisez jusqu'à la fin pour découvrir le moyen le plus simple de choisir la meilleure qualité d'aluminium pour la production de pièces.
Propriétés de l'aluminium
Propriétés physiques de l'aluminium
L'aluminium dans sa forme pure est un métal très doux. Il a cependant des alliages avec une excellente résistance. Combinés à la densité relativement faible de l'aluminium, les alliages d'aluminium possèdent le rapport résistance/poids le plus élevé des métaux. Les alliages d'aluminium sont également résistants aux basses températures et à la corrosion.
Propriétés thermiques et électriques of Aluminium
L'aluminium a une grande conductivité thermique, ce qui le rend adapté à la fabrication de pièces d'échange de chaleur dans les automobiles. De plus, certains alliages d'aluminium sont électriquement conducteurs ou résistifs, ce qui signifie que les fils sont constitués d'alliages tandis que d'autres trouvent une utilisation dans des situations où une résistivité électrique est nécessaire.
Propriétés mécaniques de l'aluminium
Selon la qualité de l'aluminium, il peut avoir une résistance à la traction très élevée ou très faible. Par exemple, certaines qualités d'aluminium ont des résistances à la traction aussi élevées que 100ksi ou aussi basses que 1.5ksi.
Réflectivité de l'aluminium
L'aluminium peut avoir une surface hautement réfléchissante en le polissant. Cela rend l'aluminium idéal pour réfléchir l'énergie rayonnante, une caractéristique importante pour les luminaires et les accessoires décoratifs.
Avantages et inconvénients de l'aluminium dans l'usinage
L'aluminium n'est pas l'un des métaux les plus utilisés sans raison. Il possède des caractéristiques qui le rendent très recherché dans l'industrie de l'usinage. Mais, comme toutes les bonnes choses, l'aluminium a ses avantages et ses inconvénients.
Avantages de l'aluminium dans l'usinage
Il est résistant à la corrosion
L'aluminium résiste à la corrosion et à la rouille. La surface des alliages d'aluminium s'oxyde rapidement, lui donnant une couche protectrice d'oxyde d'aluminium, qui aide à résister à la corrosion par les éléments. Avec une bonne finition et un entretien sain, l'aluminium peut rester sans corrosion même dans les pires conditions. Cette propriété de l'aluminium le rend adapté à une utilisation pour des pièces exposées à des conditions environnementales difficiles.
C'est économique
Les coûts de production de l'aluminium, bien qu'ils ne soient pas ultimement les moins chers, sont peu coûteux par rapport à ses avantages. Cela signifie qu'il est moins cher que d'autres métaux qui offrent les mêmes avantages, et donc le choix idéal pour la plupart des cas d'utilisation.
Il est solide et léger
L'aluminium est exceptionnellement solide, étant le métal avec le rapport résistance/poids le plus élevé. Cela le rend applicable dans les pièces où il y a un besoin de résistance exceptionnelle. Comme le montre le rapport résistance/poids élevé, cette résistance ne se fait pas au détriment du poids. Avec une densité presque trois fois inférieure à celle de l'acier, les alliages d'aluminium conviennent aux pièces de machines qui doivent être les plus légères possibles tout en conservant une grande résistance.
Il est recyclable
L'aluminium est recyclable à cent pour cent. L'aluminium nécessite également moins d'énergie pour être recyclé que de nombreux autres métaux, ce qui en fait un choix de matériau respectueux de l'environnement.
Il convient à la fabrication rapide d'outillage
Fabrication rapide d'outillage est une méthode de fabrication qui a gagné du terrain en raison de ses avantages en matière de réduction des coûts et de délai de livraison plus rapide. L'un des principaux matériaux utilisés dans l'outillage rapide est l'aluminium. En raison de sa ductilité élevée et de son coût abordable, il est facile de comprendre pourquoi les alliages d'aluminium sont les préférés des fabricants.
Il nécessite peu d'entretien
Les pièces en aluminium conservent leur qualité et leurs propriétés même dans les pires conditions. Cela en fait un bon choix pour les pièces difficiles à atteindre pour l'entretien de routine. L'aluminium peut également résister à de très basses températures sans se fissurer ni tomber en panne.
Il est personnalisable
En raison de sa grande usinabilité, l'aluminium peut prendre presque toutes les formes. L'aluminium retient également bien la peinture et sa surface peut contenir avec succès une grande majorité de finitions.
Inconvénients de l'aluminium dans l'usinage
Il conduit facilement l'électricité
Cela pourrait être un avantage ainsi qu'un inconvénient selon l'endroit où il doit être utilisé. Cependant, il rend les alliages d'aluminium inutilisables dans certaines situations où la résistance électrique est importante.
Il a un point de fusion bas
En raison de son point de fusion bas, l'aluminium ne convient pas à une utilisation dans des zones à forte chaleur. Cependant, il existe des types d'aluminium qui résolvent ce problème.
Nuances d'alliages d'aluminium
Les alliages d'aluminium peuvent être regroupés en deux grandes classes, les alliages coulés et les alliages corroyés.
Alliages forgés
Ces alliages d'aluminium ont généralement une plus grande résistance que les alliages coulés. Ils ont également un système à quatre chiffres, mais sans point décimal. Tout comme la désignation de la fonte, le premier chiffre indique l'élément d'alliage principal. S'il est différent de zéro, le deuxième chiffre fait référence à une modification de l'alliage, tandis que les deux derniers chiffres identifient l'alliage spécifique de la série. Il existe sept séries d'alliages corroyés comme indiqué ci-dessous :
1xxx série
Ces alliages d'aluminium doivent contenir 99 % d'aluminium et sont donc souvent appelés aluminium pur. Ils ont une faible résistance et les machinistes les sélectionnent en fonction de leur excellente résistance à la corrosion et de leur conductivité électrique. Ils sont également soudables, mais les machinistes en font très attention lorsqu'ils les soudent en raison de leur faible point de fusion.
2xxx série
Cette série a le cuivre comme principal élément d'alliage. Une procédure de traitement thermique en solution est la meilleure façon de traiter ces alliages. En conséquence, les alliages de cette série possèdent une résistance et une robustesse exceptionnelles, mais n'ont pas la résistance à la corrosion des autres séries d'alliages. Pour cette raison, les machinistes les peignent ou les enduisent généralement d'un alliage résistant à la corrosion lorsque leur application se fait dans un environnement à forte corrosion.
3xxx série
Ces alliages ont du manganèse comme élément d'alliage principal. Ils possèdent une résistance modérée mais ont une excellente résistance à la chaleur et à la corrosion. Cela les rend extrêmement appropriés pour une utilisation comme ustensiles de cuisine. Les pièces détachées de véhicules et de centrales électriques sont des exemples de domaines d'application communs de ces séries en aluminium.
4xxx série
Les alliages de la série 4xxx ont des points de fusion bas, ce qui les rend appropriés pour être utilisés comme matériaux d'apport lors du soudage. La combinaison de l'aluminium et du silicium forme le métal dans ces séries.
5xxx série
Ce sont les alliages d'aluminium non traitables thermiquement avec la plus grande résistance à la traction. Ils sont formés avec du magnésium comme élément d'alliage principal. En conséquence, ils possèdent une grande résistance à la corrosion et sont facilement soudables, ce qui en fait un bon choix pour les véhicules marins et les pièces d'équipement. De plus, ils possèdent des résistances à la traction ultimes, qui vont de 18ksi à 51ksi.
6xxx série
Les alliages de cette série sont exceptionnellement résistants à la corrosion. Ils possèdent des résistances à la traction ultimes allant de 18ksi à 58ksi. Les principaux éléments d'alliage de cette série sont le magnésium et le silicium. Ces alliages peuvent servir de matériau de placage pour les métaux sensibles à la corrosion. De plus, la teneur en magnésium et en silicium de ces alliages conduit à la production de siliciure de magnésium, ce qui lui permet de recevoir un traitement thermique de mise en solution, le renforçant davantage.
7xxx série
Ces alliages d'aluminium utilisent le zinc comme agent d'alliage primaire. Ils possèdent certaines des plus grandes résistances à la traction de tous les alliages d'aluminium, avec une résistance à la traction allant de 32 à 88 ksi. Les machinistes utilisent les métaux de cette série pour fabriquer des pièces de machines et d'équipements qui subiront des contraintes élevées, comme les équipements aérospatiaux et sportifs. D'autres éléments tels que le cuivre peuvent également être ajoutés pour peaufiner les propriétés de cette série d'aluminium moulé forgé.
Alliages coulés
Ceux-ci peuvent être thermotraitables ou non thermotraitables. Ils utilisent un système à quatre chiffres avec un point décimal avant le dernier chiffre. Ce premier chiffre nous indique l'élément d'alliage majeur. Les deux chiffres suivants identifient l'alliage, tandis que le chiffre derrière la virgule nous indique s'il s'agit d'un lingot ou d'une pièce moulée.
Différences entre les alliages coulés et forgés
- Les alliages coulés possèdent généralement des résistances à la traction inférieures à celles des alliages corroyés en raison de la difficulté à éliminer les défauts qui surviennent lors du processus de coulée.
- Les alliages coulés coûtent moins cher au kilogramme que les alliages corroyés.
- Les alliages d'aluminium corroyés ont une usinabilité plus facile que les alliages coulés.
- Les pièces usinées à partir d'alliages d'aluminium forgés peuvent donner de meilleures finitions de surface que celles usinées à partir d'alliages coulés.
Types d'aluminium couramment utilisés
Aluminium 6061-T6
Comme son nom l'indique, cet alliage d'aluminium appartient à la série 6xxx. Le deuxième chiffre est un zéro, et cela nous indique que cet alliage est de l'aluminium commercial avec toutes ses impuretés. Les deux derniers chiffres, 61, indiquent la composition de cet alliage particulier (97.9 % d'aluminium, 0.6 % de silicium, 1.0 % de magnésium, 0.2 % de chrome et 0.28 % de cuivre). T6 signifie qu'il a été traité thermiquement et vieilli. L'aluminium 6061 a une résistance à la traction de 40 ksi et une résistance à la traction ultime de 45 ksi. Cela signifie que cet aluminium a une résistance élevée et convient même aux applications structurelles. L'aluminium 6061 est également résistant à la corrosion. Il est principalement utilisé dans les pièces d'échangeurs de chaleur, d'équipements électroniques et de véhicules.
Aluminium 7075-T6
L'aluminium 7075 appartient à la série 7xxx, ce qui indique qu'il utilise du zinc comme élément d'alliage principal et qu'il a une résistance à la traction élevée. 90% de cet alliage est en aluminium, 5.6% en zinc, 2.5% en manganèse, 0.23% en manganèse et 1.6% en cuivre. Avec une densité relativement légère de 2.81 g/cm3 et une résistance à la traction ultime de 83 ksi, l'aluminium 7075 est l'un des alliages d'aluminium les plus solides et les plus légers disponibles. Le T6, bien sûr, signifie qu'il a subi un traitement thermique. Les engrenages de machines et les aménagements d'avions utilisent cet alliage.
Aluminium 5052
L'aluminium 5052 est modérément résistant et offre une excellente résistance à la corrosion. Parce qu'il ne contient pas de cuivre, il est exceptionnellement utile dans les applications d'eau salée. Il convient de noter que cet alliage appartient à la série 5xxx et n'est donc pas traitable thermiquement. Les pièces usinées à partir de cet alliage sont souvent destinées aux équipements marins.
Aluminium 6063
L'aluminium 6063, souvent appelé aluminium architectural, est un alliage d'aluminium magnésium-silicium. Cet alliage est de résistance modérée et hautement ductile, ce qui le rend approprié pour le formage en matrice. La présence de siliciure de magnésium et sa faible teneur en cuivre le rendent très résistant à la corrosion et donc adapté à une utilisation exposée. Les pièces usinées à partir de cet aluminium trouvent une utilisation dans les produits architecturaux, les tuyaux et les tubes et les meubles.
Comment choisir la bonne qualité d'aluminium
Il existe plusieurs types de qualités d'aluminium à choisir. Différents types de nuances d'aluminium ont différentes propriétés de soudabilité, de résistance, de résistance à la corrosion, etc. Vous choisissez une nuance en fonction des caractéristiques qui sont importantes pour votre cas d'utilisation particulier. Vous devriez considérer les facteurs suivants avant de faire un choix.
Tenez compte de son indice d'usinabilité
L'indice d'usinabilité des alliages d'aluminium donnera une idée de leur compatibilité avec Usinage CNC processus. Un alliage d'aluminium avec une bonne usinabilité sera facile à couper et à finir. Cela le rend approprié pour la production de pièces de machines complexes et complexes. L'aluminium 2011, par exemple, a une excellente usinabilité.
Quel est son coût et sa disponibilité ?
Le coût de l'alliage d'aluminium est l'un des principaux facteurs à prendre en compte lors du choix d'une qualité d'aluminium pour un projet. Trouver une intersection entre votre coût cible et les propriétés les plus appropriées à cette gamme de prix constituera une bonne base pour un processus de production. De plus, le prix de la qualité d'aluminium choisie déterminera la disponibilité de la qualité d'aluminium. La disponibilité sera également très importante car un alliage d'aluminium rare pourrait ralentir le processus de production en raison de la difficulté à se le procurer.
Dans quelle mesure l'alliage d'aluminium est-il réalisable ?
Cela fait référence à la facilité avec laquelle une qualité d'aluminium peut prendre différentes formes. Les alliages hautement ductiles ont une très bonne maniabilité et trouvent une utilisation dans les cas où une excellente résistance à la fatigue est primordiale, comme les pièces d'avion.
Est-ce soudable ?
La soudabilité d'un alliage est un facteur important à considérer si la pièce fabriquée doit être soudée à d'autres pièces. Par exemple, l'aluminium 3003 est un bon choix si la soudabilité est importante.
Est-il résistant à la corrosion ?
Le lieu d'utilisation d'une pièce fabriquée détermine si elle doit être résistante à la corrosion ou non. Par exemple, les pièces fabriquées pour des applications marines ou chimiques doivent avoir une excellente résistance à la corrosion.
Est-il traitable à la chaleur ?
Le traitement thermique consiste à utiliser des températures extrêmes pour tremper les alliages d'aluminium. Le traitement thermique permet d'augmenter la résistance d'un alliage d'aluminium. Vous devez noter quels types de séries d'aluminium peuvent être traités thermiquement et lesquels ne le sont pas.
Quelle est la force de l'alliage ?
La résistance détermine la quantité de contraintes qu'un alliage peut supporter avant de se déformer. Par conséquent, les pièces soumises à de fortes contraintes doivent naturellement être constituées d'alliages d'aluminium à haute résistance.
Applications de l'aluminium
L'aluminium est un métal avec des applications répandues dans diverses industries. Voici quelques exemples de secteurs où les pièces et produits en aluminium sont largement utilisés :
Secteur Médical
Dans une industrie où la propreté et la biocompatibilité sont obligatoires, les pièces et produits en aluminium se sont montrés à la hauteur de la tâche. Les instruments médicaux sont constitués de divers types d'aluminium, tels que les instruments chirurgicaux et orthopédiques. De plus, certains équipements à usage général tels que les plateaux et les conteneurs ont également l'aluminium comme composant principal
Industrie aéro-nautique
Les avions nécessitent des matériaux de construction légers et solides. Avec le rapport résistance/poids élevé de l'aluminium, il fait parfaitement l'affaire. Cet attribut garantit également qu'il peut transporter autant de marchandises que de métaux plus solides que lui. De plus, grâce à sa haute résistance à la corrosion, il aide également à éviter que l'avion ne soit endommagé lorsqu'il est exposé à des conditions environnementales difficiles.
Industrie électrique
Les fabricants d'électronique grand public utilisent constamment des alliages d'aluminium dans leurs produits en raison de leur excellente conductivité thermique. Cet attribut a été utilisé dans des composants électriques tels que dissipateurs de chaleur et composants de refroidissement pour processeurs graphiques.
Industrie automobile
Les véhicules idéaux doivent être légers, durables et respectueux de l'environnement. L'aluminium est un métal qui peut aider à atteindre ces objectifs. En raison de sa propriété légère et de son haut niveau de durabilité, les véhicules peuvent être agiles tout en conservant leur robustesse. De plus, l'utilisation de l'aluminium rend les pièces automobiles recyclables, améliorant ainsi la durabilité des voitures utilisant des pièces en aluminium.
Conclusion
L'aluminium est un métal extrêmement polyvalent et possède des propriétés différentes selon les éléments avec lesquels il est combiné. De plus, différents types d'aluminium ont des caractéristiques différentes, ce qui les rend adaptés à une utilisation dans différentes industries. Cependant, en raison du large éventail de choix d'alliages d'aluminium disponibles à votre disposition, vous pourriez avoir du mal à en choisir un pour la conception de votre prototype.
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