Alliages d'aluminium extrudé adaptés au cintrage ?
De nombreux profilés en aluminium se fissurent lors du pliage. D'autres se froissent ou perdent leur forme. Ces problèmes entraînent un gaspillage de matière et une perte de temps. La plupart des défaillances sont dues au choix d'un alliage ou d'un état de trempe inadapté.
Les alliages d'aluminium extrudés adaptés au cintrage sont ceux qui présentent un équilibre entre résistance et ductilité, permettant une déformation plastique sans fissuration, tels que certains alliages des séries 6xxx et 5xxx dans des états de trempe appropriés.
Le pliage n'est pas seulement une étape de formage. Il s'agit d'un test de comportement des matériaux. Comprendre les limites des alliages avant le pliage permet d'éviter des coûts élevés liés à la refonte et au rebut.
Quels alliages d'aluminium offrent la meilleure aptitude au pliage ?
La faible aptitude au cintrage surprend souvent les acheteurs. Sur le papier, de nombreux alliages semblent similaires. Dans la pratique, leur comportement au cintrage diffère considérablement.
Les alliages d'aluminium présentant la meilleure aptitude au pliage sont les alliages à résistance faible à moyenne et à haute ductilité, en particulier ceux de la série 6xxx comme le 6063 et ceux de la série 5xxx comme le 5052.
La flexibilité dépend de la quantité de contrainte qu'un alliage peut absorber avant de se fissurer. Elle est étroitement liée à la composition chimique de l'alliage et à la structure granulaire.
Pourquoi la ductilité est plus importante que la résistance
Lors du pliage, le rayon extérieur s'étire tandis que le rayon intérieur se comprime. Si l'alliage ne peut pas s'étirer suffisamment, des fissures se forment.
Les alliages à haute ductilité permettent :
- Rayons de courbure plus grands
- Courbes plus serrées
- Moins de fissures superficielles
Les alliages à haute résistance résistent à la déformation. Cette résistance augmente le risque de fissuration.
Familles d'alliages les plus performantes
Les alliages de la série 6xxx sont le choix le plus courant pour les extrusions courbées.
Les raisons sont les suivantes :
- Magnésium et silicium équilibrés
- Structure granulaire stable
- Réponse prévisible à la formation
Le 6063 est largement utilisé pour les cadres courbés et les formes architecturales. Le 6061 peut également être plié, mais nécessite des rayons plus importants.
Les alliages de la série 5xxx, tels que le 5052, offrent une ductilité encore plus élevée. Ils se plient très bien, mais sont moins courants dans les extrusions complexes.
Comparaison de la flexibilité selon l'alliage
| Alliage | Flexibilité relative | Rayon de courbure typique |
|---|---|---|
| 6063 | Très élevé | Serré |
| 5052 | Très élevé | Très serré |
| 6061 | Moyen | Modéré |
| 6005A | Moyennement faible | Grandes dimensions |
| 7075 | Très faible | Très grand |
Ce tableau montre une tendance claire. À mesure que la résistance augmente, la flexibilité diminue.
Conseils pratiques pour le choix des alliages
Pour les conceptions nécessitant un cintrage :
- Choisissez l'alliage le moins résistant qui répond aux besoins en matière de charge.
- Évitez les alliages riches en cuivre.
- Spécifier le cintrage dès le début de la conception
D'après les essais de flexion réalisés dans le cadre de nombreux projets, le choix de l'alliage permet à lui seul de réduire de plus de moitié le risque de fissuration.
L'alliage d'aluminium 6063 offre une excellente aptitude au cintrage pour les opérations de cintrage par extrusion.Vrai
Sa composition chimique équilibrée lui confère une grande ductilité et un comportement stable à la déformation.
Les alliages d'aluminium à haute résistance se plient généralement mieux que les alliages à faible résistance.Faux
Une résistance plus élevée signifie généralement une ductilité plus faible et un risque de fissuration plus élevé lors du pliage.
Comment la trempe affecte-t-elle les performances de flexion ?
Le choix de l'alliage ne représente que la moitié de la décision. Le recuit détermine souvent le succès ou l'échec.
La trempe de l'aluminium influe fortement sur les performances de flexion, car les trempes plus dures réduisent la ductilité, tandis que les trempes plus souples permettent une plus grande déformation plastique.
La trempe décrit l'historique thermique et mécanique de l'aluminium. Elle contrôle la résistance, la dureté et la ductilité.
Températures couramment utilisées pour le cintrage
L'aluminium extrudé est souvent fourni dans les états suivants :
- T4 : traité avec une solution et vieilli naturellement
- T5 : refroidi après extrusion et vieilli artificiellement
- T6 : traité avec une solution et vieilli artificiellement
Chacun se comporte différemment lors de la flexion.
Les tempéraments plus doux se plient mieux
La trempe T4 offre la meilleure aptitude au pliage. Elle permet aux grains d'aluminium de glisser et de s'étirer.
Avantages du T4 pour le cintrage :
- Limite d'élasticité inférieure
- Allongement plus élevé
- Risque de fissuration réduit
Les températures T5 et T6 sont plus élevées, mais moins tolérantes.
Compromis entre résistance et formabilité
L'utilisation d'une trempe douce améliore la flexion mais réduit la résistance finale. De nombreux projets résolvent ce problème en effectuant d'abord la flexion, puis le vieillissement.
Approche type :
- Extruder dans T4
- Effectuer le cintrage
- Traitement thermique à T6
Cette séquence améliore à la fois la formabilité et les performances finales.
Comparaison de l'influence de la température
| Tempérer | Niveau de force | Capacité de flexion |
|---|---|---|
| T4 | Faible | Excellent |
| T5 | Moyen | Modéré |
| T6 | Haut | Pauvre |
Ignorer le tempérament conduit souvent à des fissures inattendues, même avec le bon alliage.
D'après notre expérience en matière de production, passer du T6 au T4 avant le pliage permet de résoudre de nombreux cas de défaillance sans changer d'alliage.
Les températures d'aluminium plus douces telles que T4 améliorent les performances de flexion.Vrai
Une dureté plus faible permet une plus grande déformation plastique sans fissuration.
L'aluminium T6 se plie plus facilement que le T4 en raison de sa plus grande résistance.Faux
Une résistance plus élevée réduit la ductilité et augmente le risque de fissuration.
Les extrusions à parois épaisses peuvent-elles être pliées proprement ?
L'épaisseur ajoute une autre difficulté. Beaucoup pensent que les murs épais ne peuvent pas bien se plier. Ce n'est pas toujours vrai.
Les extrusions en aluminium à parois épaisses peuvent être pliées proprement si l'alliage, la trempe, le rayon de courbure et l'outillage sont correctement contrôlés.
L'épaisseur de la paroi influe sur la répartition des contraintes lors du pliage. Plus la paroi est épaisse, plus la différence de contrainte entre les surfaces intérieure et extérieure est importante.
Difficultés liées aux sections épaisses
Les problèmes courants comprennent :
- Fissuration du rayon extérieur
- Rides au rayon intérieur
- Distorsion transversale
Ces problèmes s'accentuent avec l'épaisseur et les rayons de courbure serrés.
Facteurs clés permettant un pliage propre
Le cintrage propre d'extrusions épaisses nécessite :
- Rayon de courbure suffisamment grand
- Température douce avant le pliage
- Outillage de support interne
- Vitesse de flexion contrôlée
Des mandrins ou des remplissages peuvent soutenir les sections creuses.
Règles relatives au rayon de courbure pour les parois épaisses
Une règle simple consiste à augmenter le rayon de courbure à mesure que l'épaisseur de la paroi augmente.
Règle empirique typique :
- Paroi mince : rayon égal à 1 à 2 fois l'épaisseur de la paroi
- Paroi épaisse : rayon égal à 3 à 5 fois l'épaisseur de la paroi
Ce sont des points de départ, pas des garanties.
Facteurs de performance de flexion des parois épaisses
| Facteur | Effet sur la flexion |
|---|---|
| Epaisseur de la paroi | Stress plus élevé |
| Rayon de courbure | Contrôle les contraintes |
| Tempérer | Contrôle la ductilité |
| Outillage | Contrôles de forme |
Les pièces à parois épaisses sont souvent plus faciles à plier en plusieurs étapes plutôt qu'en une seule fois.
D'après les essais en atelier, la plupart des défaillances liées au cintrage d'extrusions épaisses proviennent de l'utilisation de règles applicables aux parois minces.
Les extrusions en aluminium à paroi épaisse peuvent être pliées avec succès grâce à un contrôle adéquat du processus.Vrai
Les réglages du rayon, de la trempe et de l'outillage réduisent les fissures et les déformations.
Les extrusions en aluminium à parois épaisses ne peuvent pas être pliées sans se fissurer.Faux
La fissuration peut être évitée en utilisant un alliage et des paramètres de pliage appropriés.
Certains alliages sont-ils susceptibles de se fissurer lors du pliage ?
Oui. Certains alliages se fissurent facilement, même sous une légère flexion. Ce risque doit être compris dès le début.
Certaines alliages d'aluminium sont susceptibles de se fissurer lors du pliage en raison de leur faible ductilité, de leur structure à grains grossiers ou de leur teneur élevée en éléments d'alliage tels que le cuivre et le zinc.
La fissuration est un symptôme d'une capacité de déformation limitée. La composition chimique de l'alliage joue un rôle prépondérant.
Groupes d'alliages à haut risque
Les alliages présentant un risque de fissuration plus élevé comprennent :
- Alliages de la série 2xxx
- Alliages de la série 7xxx
- Alliages 6xxx surmaturés
Ces alliages privilégient la résistance à la formabilité.
Pourquoi le cuivre et le zinc augmentent la fissuration
Le cuivre et le zinc renforcent l'aluminium, mais réduisent le glissement entre les grains. Lors du pliage, les contraintes se concentrent aux joints de grains.
Cela conduit à :
- Apparition de microfissures
- Propagation des fissures le long d'une ligne courbe
- Fracture soudaine
Les fissures superficielles peuvent sembler minimes, mais elles s'agrandissent souvent pendant l'utilisation.
Influence de la structure des grains
Les grains grossiers détériorent les performances de flexion. Ils réduisent la déformation uniforme.
La taille des grains est influencée par :
- Température d'extrusion
- Vitesse de refroidissement
- Composition de l'alliage
Un mauvais contrôle du processus augmente le risque de fissuration, même dans les alliages normalement pliables.
Comparaison des risques de fissuration
| Alliage | Risque de fissuration | Capacité de flexion |
|---|---|---|
| 6063 | Faible | Haut |
| 6061 | Moyen | Moyen |
| 6005A | Moyennement élevé | Faible |
| 2024 | Haut | Très faible |
| 7075 | Très élevé | Extrêmement faible |
Les concepteurs doivent éviter les alliages à haut risque lorsqu'un pliage est nécessaire. Si cela est inévitable, il est impératif d'utiliser des rayons plus grands et des températures plus douces.
D'après l'analyse des défaillances, la fissuration des alliages lors du pliage est rarement aléatoire. Elle est prévisible et évitable.
Les alliages d'aluminium riches en cuivre et en zinc sont plus susceptibles de se fissurer lors du pliage.Vrai
Ces éléments réduisent la ductilité et augmentent la concentration des contraintes.
Tous les alliages d'aluminium présentent un risque similaire de fissuration lors du pliage.Faux
Le risque de fissuration varie considérablement en fonction de la composition chimique et du revenu de l'alliage.
Conclusion
Le succès du cintrage de l'aluminium extrudé dépend de la ductilité de l'alliage, du choix du revenu, du contrôle de l'épaisseur de la paroi et de la prise en compte du risque de fissuration. Le choix précoce d'alliages faciles à cintrer et de reviens doux permet d'éviter les défaillances et garantit des résultats de cintrage nets et reproductibles.
