Résistance à la traction de l'extrusion d'aluminium par alliage ?

De nombreux acheteurs comparent les profilés en aluminium uniquement en fonction de leur prix ou de leur forme. Par la suite, ils sont confrontés à des problèmes de flexion, de fissuration ou de défaillance prématurée. Dans la plupart des cas, le véritable problème ne réside pas dans la conception, mais dans une mauvaise compréhension de la résistance à la traction des alliages.

La résistance à la traction de l'aluminium extrudé dépend principalement du système d'alliage et de l'état de trempe. Les valeurs élevées de résistance à la traction proviennent de la combinaison adéquate entre l'alliage et l'état de trempe, et non de l'extrusion seule.

La résistance à la traction est l'une des premières valeurs examinées par les ingénieurs, mais c'est aussi l'une des plus mal utilisées. Les sections ci-dessous expliquent quelles sont les alliages les plus résistants, comment le revenu modifie les valeurs de traction, si le traitement de surface a une importance et comment la résistance à la traction est confirmée dans les profilés réels.

Quels alliages offrent la plus grande résistance à la traction ?

Toutes les alliages d'aluminium ne sont pas conçus pour les mêmes usages. Certains privilégient la formabilité. D'autres privilégient la résistance à la corrosion. Un groupe plus restreint privilégie la résistance. Connaître les caractéristiques de chaque alliage permet d'éviter les surdimensionnements ou les sous-performances.

Parmi les alliages d'extrusion courants, les alliages de la série 7xxx offrent la plus grande résistance à la traction, suivis par certains alliages de la série 6xxx, tels que les alliages 6061 et 6082. Cependant, une résistance à la traction plus élevée s'accompagne souvent d'une ductilité moindre et d'un coût plus élevé.

Comprendre les séries d'alliages en termes simples

Les alliages d'aluminium sont classés en fonction des principaux éléments d'alliage :

• Série 6xxx: Magnésium et silicium. Bon équilibre entre résistance mécanique, résistance à la corrosion et extrudabilité.
• Série 7xxx: À base de zinc. Très haute résistance, plus difficile à extruder, résistance à la corrosion moindre.
• Série 5xxxÀ base de magnésium. Bonne résistance à la corrosion, résistance moyenne, réponse limitée au traitement thermique.

La plupart des extrusions structurelles dans l'industrie utilisent des alliages 6xxx, car ils offrent un bon compromis entre résistance et efficacité de production.

Comparaison de la résistance à la traction des alliages d'extrusion courants

Le tableau ci-dessous indique les plages de résistance à la traction maximale typiques pour les alliages courants dans des états de trempe courants. Les valeurs sont approximatives et dépendent de la forme du profilé et du contrôle du processus.

Pourquoi l'alliage le plus résistant n'est pas toujours le meilleur

Une résistance à la traction très élevée semble attrayante, mais elle implique des compromis :

• Une allongement plus faible signifie moins d'avertissement avant la rupture.
• La ténacité diminue souvent à mesure que la résistance à la traction augmente.
• L'usure des outils et le taux de rebut augmentent avec les alliages plus durs.
• La disponibilité et les délais de livraison peuvent être plus longs.

Pour de nombreux cadres, rails et supports, les alliages 6061-T6 ou 6082-T6 offrent une résistance à la traction largement suffisante sans les risques liés aux alliages à très haute résistance.

Sélection d'alliages en fonction de l'application

Dans la pratique, le choix de l'alliage dépend des besoins de l'application :

• Cadres industriels généraux: 6063-T5 ou T6
• Structures porteuses: 6061-T6 ou 6005A-T6
• Pièces mécaniques robustes: 6082-T6
• Besoins particuliers en matière de haute résistance: Série 7xxx avec une conception soignée

Comment le revenu affecte-t-il les valeurs de traction ?

L'alliage seul ne définit pas la résistance à la traction. L'état de trempe a souvent une influence équivalente, voire supérieure. Deux profilés fabriqués à partir du même alliage peuvent présenter des résultats très différents en matière de résistance à la traction en raison de la trempe.

Le revenu influe sur la résistance à la traction en contrôlant le durcissement par précipitation et l'état des contraintes internes. Les recuits traités thermiquement, tels que T6, maximisent la résistance à la traction, tandis que les recuits plus doux privilégient la ductilité et la formabilité au détriment de la résistance.

Ce que signifie vraiment le tempérament

Le terme « trempe » décrit l'historique thermique et mécanique de l'aluminium après extrusion.

Les températures d'extrusion courantes comprennent :

• T5: Refroidi à partir de la température d'extrusion et vieilli artificiellement.
• T6: Solution traitée thermiquement, trempée et vieillie artificiellement.
• T4: Solution traitée thermiquement et vieillie naturellement.

Chaque étape modifie la taille et la répartition des précipités de renforcement à l'intérieur du métal.

Différences de résistance à la traction selon le revenu

Pour la plupart des alliages 6xxx :

• T6 offre la plus grande résistance à la traction.
• T5 offre une résistance légèrement inférieure, mais une meilleure stabilité dimensionnelle.
• T4 offre une résistance moindre mais un allongement plus élevé.

Le tableau ci-dessous présente une comparaison simplifiée utilisant le 6061 comme exemple.

Pourquoi le T6 n'est pas toujours choisi

Bien que le T6 maximise la résistance à la traction, il n'est pas toujours idéal :

• Les profils minces ou complexes peuvent se déformer pendant le traitement thermique.
• Les contraintes résiduelles peuvent augmenter le risque de déformation pendant l'usinage.
• Certaines applications nécessitent davantage de flexibilité que de résistance maximale.

Dans ces cas, le T5 ou même le T4 peuvent offrir de meilleures performances dans la réalité.

Cohérence et contrôle des processus

La qualité du revenu dépend :

• Contrôle précis de la température du four
• Vitesse de trempe appropriée
• Temps de vieillissement uniforme

Un mauvais contrôle de la trempe peut entraîner des valeurs de traction inférieures aux spécifications, même si l'alliage est correct.

Conseil de conception pour les acheteurs

Lorsque vous spécifiez la résistance à la traction :

• Toujours préciser alliage + trempe, pas seulement un alliage.
• Vérifiez si les valeurs sont des minimums garantis ou des moyennes types.
• Demandez comment les propriétés de traction sont vérifiées pour les profils complexes.

Le traitement de surface peut-il modifier les performances de traction ?

Le traitement de surface est souvent évoqué dans le cadre de la corrosion ou de l'apparence. De nombreux acheteurs se demandent si l'anodisation ou le revêtement modifient la résistance à la traction. La réponse courte est subtile, mais importante.

Les traitements de surface ne modifient pas de manière significative la résistance à la traction globale des extrusions d'aluminium, mais les processus agressifs ou les températures élevées peuvent légèrement réduire la résistance effective ou introduire des risques de défaillance liés à la surface.

Résistance globale par rapport à l'état de surface

Les essais de traction mesurent le comportement des matériaux en vrac. La plupart des traitements de surface n'affectent qu'une fine couche externe.

Les traitements courants comprennent :

• Anodisation
• Revêtement en poudre
• Revêtement par électrophorèse
• Polissage mécanique

Ces processus ne modifient pas la microstructure interne de l'alliage.

Quand le traitement de surface peut faire la différence

Bien que la résistance à la traction globale reste similaire, le traitement de surface peut influencer indirectement les performances.

Couches d'anodisation épaisses

L'anodisation dure crée une couche d'oxyde fragile. Sous contrainte de traction :

• L'oxyde peut se fissurer.
• Les fissures peuvent agir comme points d'initiation dans les essais de fatigue ou de choc, mais pas dans les essais de traction statiques.

Exposition à haute température

Certains revêtements nécessitent des températures de cuisson élevées. Une chaleur excessive peut :

• Surchauffer l'alliage.
• Réduit légèrement la résistance à la traction, en particulier dans les températures T6.

Dommages superficiels avant revêtement

Un prétraitement inadéquat peut entraîner :

• Éraflures
• Fosses
• Attaque chimique

Ces défauts réduisent la section efficace et peuvent, dans des cas extrêmes, diminuer les résultats de traction mesurés.

Ce que le traitement de surface ne fait pas

Le traitement de surface ne :

• Augmenter la résistance à la traction au-delà des limites de l'alliage.
• Transformez un alliage à faible résistance en un alliage à haute résistance.
• Remplacer par un alliage et une trempe appropriés.

Conseils pratiques

Pour les pièces soumises à des contraintes de traction importantes :

• Vérifiez que les températures de revêtement restent dans les limites de l'alliage.
• Évitez les couches superficielles inutilement épaisses ou friables.
• Concentrez-vous sur les exigences de résistance à la traction du matériau de base, et non du revêtement.

Quels tests permettent de confirmer la résistance à la traction des profilés ?

Les valeurs indiquées dans la fiche technique n'ont de sens que si elles sont vérifiées. La résistance à la traction doit être mesurée à l'aide de tests normalisés qui reflètent le comportement réel du matériau.

La résistance à la traction des profilés extrudés en aluminium est confirmée par des essais de traction normalisés effectués sur des échantillons prélevés sur le profilé, selon des procédures définies qui contrôlent l'orientation des échantillons, la vitesse et la précision des mesures.

Principes fondamentaux des essais de traction standard

L'essai de traction comprend :

• Tirer un échantillon préparé à une vitesse contrôlée.
• Mesure de la force et de l'allongement.
• Calcul de la résistance à la traction, de la limite d'élasticité et de l'allongement.

Le résultat représente le comportement du matériau sous tension uniaxiale.

L'emplacement et l'orientation de l'échantillon sont importants

Pour les extrusions :

• Les échantillons sont généralement prélevés dans le sens de l'extrusion.
• Les propriétés sont généralement uniformes dans toute la section, mais les parois minces peuvent varier légèrement.

Pour les profilés creux, les échantillons peuvent provenir :

• Murs extérieurs
• Toiles ou nervures
• Sections planes suffisamment larges

Résultats types des tests

Un essai de traction standard fournit :

• Résistance à la traction maximale
• Limite d'élasticité
• Allongement à la rupture

Ces valeurs décrivent ensemble la résistance et la ductilité.

Test par lots ou test par profil

En production :

• Les essais de traction sont souvent réalisés par lot d'alliage ou par coulée.
• Tous les profils ne sont pas testés, mais la cohérence du processus est contrôlée.

Pour les applications critiques, les acheteurs peuvent demander :

• Tests supplémentaires sur les profilés finis
• Vérification par un tiers
• Rapports d'essai liés aux lots de production

Limites des essais de traction

Les essais de traction ne montrent pas :

• Résistance aux chocs
• Durée de vie en fatigue
• Comportement au flambage

Ils font partie intégrante d'une évaluation mécanique complète.

Utilisation correcte des données de test

Lors de l'examen des rapports d'essai de traction :

• Vérifiez les valeurs minimales garanties, pas seulement les moyennes.
• Confirmer la norme d'essai et l'emplacement de l'échantillon.
• Faites correspondre le tempérament indiqué au produit livré.

Conclusion

La résistance à la traction des extrusions d'aluminium dépend du choix de l'alliage, du contrôle de la trempe et des essais vérifiés. Les chiffres élevés sont importants, mais il est encore plus important de choisir le bon alliage pour l'application. Lorsque la résistance à la traction est comprise dans son contexte, les extrusions offrent des performances fiables et prévisibles.