Etude du mécanisme et de la cinétique de précipitations dans l’alliage (Mgx-Aly)

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA

RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE MOHAMMED SADDIK BENYAHIA-JIJEL- Faculté des Sciences Exactes et Informatique

THÈSE

Présentée

Pour l’obtention du diplôme de

DOCTORAT EN SCIENCE Option: Physique des Matériaux

Par

Bilal Khamel

Thème

Etude du mécanisme et de la cinétique de précipitations dans l’alliage (Mg

-Al

)

Soutenue le 07 / 02 / 2019 Devant le jury:

Boumaiza Ahcene Prof. U. M. S. B. JIJEL Président Sahnoune Foudil Prof. U. M. B. M’SILA Encadreur

Brihi Noureddine Prof. U. M. S. B. JIJEL Co-Encadreur

Boussendel Abdelmadjid MCA. U. M. B. M’SILA Examinateur

Heraiz Menad MCA. U. M. B. M’SILA Examinateur

Zehani Fouzia Prof. U. M. S. B. JIJEL Examinateur

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Remerciements

En préambule à ce manuscrit, Je remercie tout d’abord le grand puissant. Dieu qui m’a éclairé le chemin pour réaliser ce modeste travail.

Ainsi, je souhaite exprimer ma reconnaissance et mes remerciements aux personnes qui m'ont soutenu et aidé durant les années consacrées à la réalisation de ce travail.

Sous la direction de Monsieur Foudil Sahnoune, Professeur à l’Université de M’sila.et Monsieur Nouredine Brihi, Professeur à université Mohammed Saddik Benyahia-JIJEL, Qu’ils me soient permis de leurs exprimer ici toute ma gratitude pour la confiance qu’ils m’ont témoignée tout au long de ce travail, leur commentaires et suggestions. Je les remercie aussi pour l’autonomie qu’ils m’ont accordée, tout en restant disponible, et pour leur qualité humaine et scientifique qui ont permis la réalisation de ce travail dans les meilleures conditions possibles et pour leur extrême gentillesse.

J’adresse mes chaleureux remerciements à Monsieur Ahcene Boumaiza, Professeur à l’Université de Mohammed Saddik Benyahia-JIJEL d’avoir accepté de présider le Jury.

Mes remerciements aussi pour Messieurs Menad Heraiz et Abdelmadjid Boussendel (MCA à l'université de M'sila), et Mme Fawzia Zahani (Professeur à l’Université de Mohammed Saddik Benyahia-JIJEL) pour les accepter faire partie du jury de cette thèse.

Un grand merci, enfin, aux membres, du laboratoire de Physique et Chimie des Matériaux

"LPCM" de l'université de M'sila "Mr. Ameur Ouali et Mr. Menad Heraiz ", et du l'Unité de Recherche Matériaux Émergents (URME) de l’Université Ferhat ABBAS Sétif 1 "Pr.

Messaoud Fatmi et Pr. Mohamed Hamidouche ", pour leurs aides précieuses.

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TABLE DES MATIERES

Remerciements...

Table des matières……….…

Introduction Générale………...…………...

Chapitre I: L'aluminium et ses alliages...……….………...

I.1. l'aluminium………...…..…...

I.1.1. Principales propriétés de l'aluminium………...……...

I.1.2. Elaboration de l’aluminium……….…..………...

I.1.2.1. Fissuration de la bauxite ………...

I.1.2.2. Attaque de la bauxite par la soude (Na OH) concentrée………...…..……..

I.1.2.3. Séparation de l’aluminate de sodium et précipitation de l’alumine………..

I.1.2.4. Calcination de l’alumine………...…...

I.1.2.5. Electrolyse de l’alumine………...…..………..

I.1.3. Pays producteurs………...…..………..

I.2. les alliages l’aluminium………...…..…...

I.2.1. Influence des éléments d’alliages sur les propriétés de l’aluminium ………..

a- Addition de Mg…………..………...…..…...

b- Addition de (Mg + Mn) ………...…...

c- Addition (le (Cu + Si) ………..…...

d- Addition de (Co + Ti + Zn) ………...………

I.2.2. Classification des alliages d’aluminium……….…….

I.2.2.1.Alliages corroyés ……….……….

a- Désignation des alliages corroyés ………....

b- Désignation des états métallurgiques des produits corroyés ……….

I.2.2.2.Alliages de fonderies………...

I.2.3. Types de traitements appliqués aux alliages d'aluminium ………...

I.2.3.1. Traitements thermiques des alliages d’aluminium………...

a- Trempe et vieillissement ………...…..………...

b- Recuit des alliages d’aluminium ………..………...

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I.2.3.2. Traitements thermomécaniques des alliages d’aluminium ………..…...

a- Durcissement par écrouissage…………..………...

b- Recristallisation………...

I.2.4. Propriétés des alliages d’aluminium………...…...

I.2.5. Les applications des alliages d’aluminium………..…...

a- Les alliages Al-Si ………..……….. ..…...

b- Les Alliages Al-Cu………..………...

c- Les Alliages Al-Mg………...……….

d- Les Alliages Al-Mn………...…………...………..

I.2.6. Les alliages Al-Mg ………..………

I.2.6.1. Magnésium………..………...

I.2.6.2. Caractéristiques de magnésium ………..………..

I.2.6.3. Propriétés générales des alliages Al-Mg ……….….…

I.2.6.4. Principaux alliages Al-Mg d’usage général ……….…………

I.2.6.5. Alliages Al-Mg pour applications plus spécifiques……….……….

I.2.7. Les alliages Al-Cu………..………...……...

I.2.7.1. Généralités ………...………...

I.2.7.2. Traitements thermiques des alliages Al-Cu ………..…

I.2.7.3. Propriétés mécaniques des alliages Al-Cu ………...

I.3. Corrosion des alliages d’aluminium………..………...

I.3.1. Corrosion généralisée ou uniforme……….……….

I.3.2. Corrosion localisée ………..………

I.3.3. Corrosion structurale ………..…….

Chapitre II: La Précipitation………..………..…….

II.1. Définition………...

II.2. Les type des transformations de phases ………...

II.3. Classification des réactions discontinues ……….………....

II.4. Précipitation discontinue ………..……….

II.4.1. Conditions nécessaires d’apparition de la précipitation discontinue………..

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II.4.2. Types de précipitation discontinue ………...

a- Précipitation sur les défauts de réseaux (dislocations)………..…… ……...

b- Précipitation sur les joints intra-cristallins ………...

c- Précipitation aux joints d’interphases …….………..

d- Précipitation interfaciale ………..……….

II.4.3. Effet de la précipitation discontinue sur les propriétés des alliages……….. …….

a- Effet sur les propriétés mécaniques………...

b- Effet sur les propriétés physiques ………...

c- Effet sur les propriétés chimiques ………...

II.5. La précipitation dans les alliages du système Al- Mg………...

II.5.1. La séquence de précipitation………..….

II.5.2. La formation des zones G.P (Grenier-Preston) ………..

II.5.3. Précipitation de la phase intermédiaire β'………...

II.5.4. Structure et stabilité de la phase β' ……..……….. ………...

II.5.5. Précipitation de la phase d’équilibre β………...

II.6. La précipitation dans les alliages du système Al- Cu ………

a- Les zones GP ………...

b- La phase θʹ………..……

c- La phase θ……….…….

II.7. Durcissement par précipitations ……….……..

II.7.1. Principe ……….……….

II.7.2. Le durcissement d'Aluminium- cuivre ………..

II.8. Dissolution des précipités ……….………

Chapitre III: La Théorie de la Cinétique de Transformations de Phases……...

III.1. Introduction ………….………

III.2. Cinétique de croissance contrôlée par la diffusion ………...

III.3. Cinétique de croissance contrôlée par la réaction à l’interface ………....…

III.4. Equation de Johnson-Mehl-Avrami………..………...

III.4.1. Rappels sur les équations de type Johnson- Mehl-Avrami……….……...

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III.4.2. Détermination des paramètres cinétiques de JMA……….…………...

III.4.3. Signification de la valeur de n dans l’équation de JMA ………...

III.5. Equation de Matusita ………..……….

III.6. Détermination des paramètres cinétiques dans des conditions non isotherme…...

III.7. Energie d’activation par la méthode de Kissinger ………...

Chapitre IV: Matériaux et Méthodes Expérimentales ...………

IV.1. Matériaux étudies………...

IV.2. Traitement mécanique (laminage) ………...

IV.3. Traitements thermiques ……….………...

IV.4. Préparation des échantillons………..………...

IV.5. Méthodes d’étude ………

IV.5.1. L’analyse calorimétrique différentielle (DSC) ………...

IV.5.1.1. Principe……….……….

IV.5.1.2. Schéma de Principe d’une calorimétrie différentielle………...

IV.5.2. Diffraction des rayons X………...

IV.5.3. Microscope optique (MO)………

IV.5.4. Microduremètre………...

Chapitre V: Résultats et Discussions………..………..

V.1. La précipitation dans l’alliage Al -3% mass. Cu ……….

V.1.1. Etude par calorimétrie différentielle DSC ………...

V.1.2. Analyse par diffraction des rayons X……….…………

V.1.3. Détermination des paramètres cinétiques ……….……….

V.1.3.1. Les Conditions isothermes………..……….

a- Calcul de l'énergie d'activation……….……….

b- Calcul l’indice Avrami (n) ……….………...

V.1.3.2. Les Conditions non isothermes ……….……….

a- Calcul de l'énergie d'activation……….….

b- Calcul les paramètres n et m ………...

V.1.4. Analyse microstructurale……….………...

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V.1.5. Conclusion partielle...……….……….

V.2. La précipitation dans l’alliage Al -7% mass. Mg ………...

V.2.1. Etude par l’analyse calorimétrie différentielle DSC………...

V.2.2. Analyse par diffraction des rayons X ……….………...

V.2.3. Calcul de l'énergie d'activation de la précipitation discontinue……….……

V.2.3.1. Les Conditions isothermes………..……….

V.2.3.2. Les Conditions non isothermes………...

V.2.4. Calcul l’indice Avrami (n) ………...

V.2.5. Mesure de microdureté (Al-Mg)……… ………...

V.2.6. Conclusion partielle………...

V.3. La précipitation dans l’alliage Mg-7% mass. Al………...

V.3.1. Etude par l’analyse calorimétrie différentielle DSC ………..

V.3.2. Analyse par diffraction des rayons X ………...

V.3.2.1. Cas de l'échantillon vieilli à 150 °C………...…………..

V.3.2.2. Cas de l'échantillon vieilli à 200 °C……….

V.3.3. Calcul de l'énergie d'activation de la précipitation discontinue………..

V.3.3.1. Les Conditions isothermes………...…..……….

V.3.3.2. Les Conditions non isothermes………...……….

V.3.4. Analyse microstructurale………

V.3.5. Mesure de microdureté………...

V.3.6. Conclusion partielle……….…………...

Conclusion générale ………..………

Références bibliographiques………...

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INTRODUCTION

GENERALE

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Introduction Générale

Une connaissance approfondie de la théorie des transformations et de leurs propriétés dérivées aide à sélectionner les matériaux adaptés à des conditions industrielles spécifiques et à élaborer de nouvelles directives pour améliorer leur efficacité.

Pour maîtriser la technique des matériaux minéraux il faut comprendre les différents aspects des transformations de phase. Parmi les transformations de phases à l’état solide les plus intéressantes et qui ont longtemps attiré bon nombre de chercheurs c’est la précipitation discontinue des solutions solides sursaturées qui se produit lors des traitements de vieillissement. Il est impossible d’affirmer que telle réaction discontinue ou continue se produit dans tel alliage et pas dans un autre; ou que tel mécanisme contrôle le processus de précipitation discontinue de tel alliage, car chaque matériau à ses spécificités.

En général, la réaction de précipitation discontinue correspond à une transformation à l’état solide avec augmentation du nombre de phases, la nouvelle phase naissant est se développant aux joints de grains de forte désorientation. Plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer la germination et la croissance des lamelles de cette nouvelle phase.

L’aluminium et ses alliages jouent un rôle important dans l’industrie, ils occupent la deuxième place dans la construction de différentes pièces après le fer. Ces alliages, notamment les alliages à durcissement structural, sont de plus en plus utilisés dans l’industrie automobile et aéronautique du fait de leur bon compromis densité/propriétés mécaniques (une faible densité d’aluminium et meilleures propriétés mécaniques).

Les alliages d’aluminium les plus répandus sont Al-Cu, Al-Mg, Al-Cu-Mg-Si, ainsi que Al-

Zn-Mg-Cu. Les alliages Al-Cu présentent une aptitude au moulage variable mais assez

médiocre, une résistance à la corrosion insuffisante en milieu agressif marin et une bonne

usinabilité. Les alliages Al-Mg présentent une excellente résistance à la corrosion

atmosphérique, excellente soudabilité et aptitude à l’anodisation de protection. Utilise dans le

bâtiment (panneaux de façade et de couverture), matériel pour industries chimiques et

alimentaires, marine (panneaux et accessoires divers) et automobile.

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Les alliages Al-Mg, Mg-Al et Al-Cu obtenu le phénomène de précipitations qui influent sur les propriétés métallo-physiques du matériau. Ces phénomènes sont les précipitations continue et discontinue. Alors que la précipitation continue est massive, homogène, et améliore sensiblement les propriétés (dureté, résistance mécanique) du matériau, la précipitation discontinue est hétérogène, détériore les propriétés mécaniques et réduit la tenue à la corrosion. A l’état d’équilibre, les alliages Al-Mg, Mg-Al et Al-Cu forment respectivement une solution solide faiblement alliée et des phases intermétalliques Al

Mg

(phase β), Mg

Al

(phase γ)

et CuAl

(phase θ) respectivement.

L'étude exposée à travers ce document porte sur l’évolution et la compréhension des différents phénomènes liés à la précipitation dans les alliages Al-7% mass. Mg, Mg-7% mass.

Al et Al-3% mass. Cu, par la déterminer les types de mécanismes et de cinétique de précipitation discontinue appropriée à ces alliages, étude de l’influence de la température sur la cinétique de précipitation discontinue et l’évolution des propriétés mécaniques. Utiliser différentes techniques d'analyse ; L’analyse calorimétrique différentielle (DSC), La diffraction des rayons X, La microscopie optique (MO) et La microdureté.

La synthèse est exposée en une introduction générale plus cinq chapitres indépendants:

 Le premier chapitre présente une étude bibliographique générale sur l'aluminium et ses alliages (propriétés, classification et traitements thermiques des alliages).

 Le deuxième chapitre présente les processus de précipitation (transformations et classification des transformations de phases et différents types de précipitation continue et discontinue)

 Dans le troisième chapitre, la théorie de la cinétique de transformation de phases et les méthodes de calcul des paramètres cinétiques.

 le quatrième chapitre présente les alliages utilisés, les différentes techniques expérimentales et les traitements thermiques ou thermomécaniques appliqués.

 Enfin, le dernier chapitre présente les résultats expérimentaux obtenus et leur discussion

pour les alliages étudiés. Finalement, ce manuscrit se termine par une conclusion générale .

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Chapitre I

L'aluminium et ses alliages

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Chapitre I: L'aluminium et ses alliages

L’aluminium et ses alliages jouent un rôle important dans l’industrie, ils occupent la deuxième place dans la construction de différentes pièces après le fer. Ces alliages, notamment les alliages à durcissement structural, présent une bon compromis densité/propriétés mécaniques (une faible densité d’aluminium et meilleures propriétés mécaniques), sont de plus en plus utilisés dans l’industrie.

I.1. l'aluminium

L'aluminium est un élément du III

ème

groupe de la classification de Mendeléev, dont le nombre atomique est 13 et la masse atomique 26,98 g.mol

. L'aluminium possède un réseau cubique à faces centrées à équidistance a = 4,0412 Å, sa caractéristique la plus importante est la faible densité 2,7 g.cm

[Barr 97] et [Mon 76]. L'aluminium représente environ 7,5 % en masse dans l’écorce terrestre.

I.1.1. Principales propriétés de l'aluminium

 bon conducteur de la chaleur et de l'électricité.

 point de fusion: 660° C.

 faible module d'Young: 68000 Mpa.

 le coefficient de rigidité par unité de masse est sensiblement égal à celui de l'acier.

 faible limite élastique.

 fort allongement à la rupture (tôles minces, feuilles, papier).

 La résistance à la corrosion est bonne à condition que la couche d'alumine soit formée car ensuite elle empêche la corrosion de pénétrer dans l'aluminium. Par contre l'association avec un métal plus électropositif (acier, alliages de cuivre) détruit la couche d'alumine qui ne peut donc plus protéger l'aluminium.

 coefficient de dilatation moyen entre 20 et 300

C: 2,55. 10

/

C.

 retrait volumique: 5,6% en cours de solidification.

 capacité thermique massique à 20

C: c = 950 J.kg

.K

 conductivité thermique à 20

C: λ = 217.6 W.m

.K

 résistivité électrique à 20

C: ρ = 2.63 μΩ cm

. [Barr 97] et [Mon 76]

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I.1.2. Elaboration de l’aluminium

Le minerai utilisé pour l’élaboration de l'aluminium est la bauxite (roches riches en aluminium 45 à 60 %), c’est un oxyde d’aluminium contenant des impuretés telles que la silice, l’oxyde de fer et l’oxyde de titane. Le constituant essentiel est l’aluminium hydraté sous différentes formes: Al

O

.H

O et Al

O

.3H

O. Les deux types de bauxites sont:

 Les bauxites rouges dont la teneur en oxyde de fer est relativement élevée.

 Les bauxites blanches qui contiennent peu de fer, mais beaucoup de silice.

Le plus souvent, on utilise les bauxites rouges pour l’élaboration de l’aluminium en raison de leur faible teneur en silice (< 5 %) Tableau I. 1. Les bauxites blanches servent à la fabrication de ciment, d’abrasif et de produits réfractaires . La bauxite se prépare le plus souvent selon le les étapes suivantes (Fig. I. 1):

I.1.2.1. Fissuration de la bauxite

La bauxite est concassée et éventuellement broyée après séchage.

I.1.2.2. Attaque de la bauxite par la soude (NaOH) concentrée

L'opération s’effectue dans des autoclaves à une température T = 170 °C et une pression de 7 atmosphères. La bauxite est dissoute sous forme d’aluminate de sodium. Le fer ne se dissout pas, tan disque l’acide silicique passe dans les silicates de Na et Al:

NaOH + Al(OH)

→ NaA1O

+ 2H

O

Ce qui entraîne une perte en Al et NaOH. L’opération se fait généralement en marche continue par passage à travers une série d’autoclaves pour une durée de 6 à 8 heures. La lessive obtenue contient en plus de la soude concentrée, 270g de Al

O

par litre [Mic 08]

Tableau I. 1: La composition chimique moyenne d’une bauxite rouge

Al

O

SiO

H

O Fe

O

Ti O

53 % 4 % 13 % 25 % 3 %

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I.1.2.3. Séparation de l’aluminate de sodium et précipitation de l’alumine

La lessive est extraite des autoclaves pour être diluée afin d’obtenir une bonne concentration du reste de la solution et de la boue. Apres dilution, concentration et filtrage, on obtient une liqueur claire dans laquelle l’aluminium est dissous, elle est en vouée ensuite aux réservoirs de précipitation où s'effectue a 60 °C, l’opération inverse de la réaction de dissolution:

NaAlO

+ 2H

O → Al(OH)

NaOH

La cristallisation de Al(OH)

pur s’effectue très lentement. En cinq jours, il y a dépôt d’environ 60 % de 1’alumine contenue dans l’aluminate. Pour accélérer le processus de dépôt, on ajoute à la liqueur claire, de 1’hydroxyde d’aluminium solide (moyens de génération). A la fin, Al(OH)

cristallisé est aspiré, filtré de la lessive et séché, ensuite acheminé vers les fours rotatifs. Le résidu de filtration subit l’opération de concentration par évaporation avant d’être utilisé comme soude concentrée [Mic 08].

I.1.2.4. Calcination de l’alumine

L’aluminium hydraté, après séchage, subit une calcination dans les fours rotatifs à une température de 1200 °C, on obtient de l’alumine avec une teneur en Al

O

de 99,2 à 99,5 %.

I.1.2.5. Electrolyse de l’alumine

Du fait de la grande affinité de l’aluminium pour l’oxygène, l’aluminium ne peut être réduit par les réducteurs habituels (C ou CO) et l’on a recours à l’électrolyse. La décomposition électrolytique de l’alumine s’effectue dans un bain de cryolite Na

AlF

à une température de 920 à 950 °C. La cryolite pure se fond à 1000 °C, alors que l’alumine fond à 2000 °C.

Durant l’électrolyse, la cryolite dissout de l’alumine, à cet effet on ajoute du Al

F

pour la neutralisation des éléments alcalins accompagnant l’alumine, ainsi que pour avoir un électrolyte à caractère acide faible et enfin pour diminuer la température de fusion de l’électrolyte.

L’une des exigences envers la composition chimique de l’alumine est surtout la teneur de Fe

O

, qui doit être inférieur à 0,04 % et celle de SiO

< 0,3 %, car ces deux composés sont plus nobles que l’aluminium et peuvent être séparés avec l’aluminium durant l’électrolyse.

Ce qui diminue la pureté de l’alumine est l’électrolyse proprement dite, effectuée dans un

four, avec une masse en carbone jouant le rôle de cathode et fermant le fond du four à la

partie supérieure, où sont placées les anodes (anodes précuites ou anodes continues), la

tension de travail est de 4,5 volts et l’ampérage est de 30.000 à 100.000 Ampères.

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L’aluminium s’accumule sur le fond du four et forme pratiquement la cathode et de temps en temps, il est recueilli et coulé en lingots ou dans des mélangeurs. L’aluminium obtenu a une pureté de 99,2 à 99,9 % et les impuretés essentielles sont: Fe et Si et en faible quantité, Cu, Mg, Ti, Na. Pour l'élaboration de l'aluminium pur à 99,99 %, il est nécessaire de procéder à une deuxième électrolyse, l’aluminium pur possède une résistance chimique très élevée.

L’aluminium, grâce à sa résistivité, est surtout utilisé pour la fabrication de chaudière et d’ustensiles de cuisine. Lorsqu’il est poli, c'est un métal blanc, brillant et possède un grand pouvoir de réflexion, on l’utilise comme réflecteur pour chauffage et éclairage ou surface réfléchissante des miroirs de télescopes. La capacité de réflexion peut atteindre jusqu'a 90 %.

L’utilisation de l’aluminium dans l’électrotechnique est très limitée à cause du diamètre des conducteurs [Est 10] et [Mic 08].

I.1.3. Pays producteurs

Traditionnellement, depuis un siècle, l’élaboration de l’aluminium par électrolyse ignée à partir de l’alumine s’est toujours rapprochée des sources d’énergie électrique les moins chères. La consommation d’électricité est de 14 000 KWh par tonne. C’était vrai dans les pays industrialisés en Europe et aux États-Unis.

Depuis 1980, les nouvelles unités de production ont toutes été installées dans des pays

détenteurs d’importantes ressources énergétiques d’origine hydraulique, le Canada, les

Émirats Arabes, l’Australie, l’Afrique du Sud, etc. [Mic 08]

9

Figure I. 1: Principaux stades et flux dans la fabrication de l'aluminium. [Mic 08]

10

I.2. Les alliages l’aluminium

Les alliages l'aluminium prennent encore aujourd'hui une place importante dans les différents domaines de l’industrie. Son utilisations s’accroît de jour en jour grâce à ses propriétés.

I.2.1. Influence des éléments d’alliages sur les propriétés de l’aluminium

L'aluminium non allié ayant des propriétés très réduites, il est possible d'améliorer ses propriétés en ajoutant des éléments qui modifient plus ou moins profondément la microstructure. Les atomes des éléments d'addition peuvent:

 être en solution solide de substitution: ils prennent la place des atomes d'aluminium dans le réseau, leur taille est plus petite ou plus grande que l'atome d'aluminium ce qui perturbe le réseau qui devient plus difficile à déformer.



former des précipités hors solution solide: cohérents, semi-cohérents, ou incohérents avec la matrice d'aluminium. L'effet provoqué est le même sur la difficulté de déformation du réseau [Abi 13]

Le durcissement de l'aluminium sera ainsi d'autant plus conséquent que le nombre et l'importance de ces perturbations seront plus grands: la nature, la teneur, la répartition de ces éléments d'addition sont primordiales à cet égard. Les éléments d'addition sont peu nombreux Mg, Mn, Cu, Si, Ni, Ti, Zn, Co, etc.

a- Addition de Mg

Les alliages formés possèdent une résistance mécanique moyenne. Ils sont utilisés dans le domaine de placage, lorsqu’avec l’aluminium, il s’avère difficile. Ils sont faciles à polir et conservent longtemps leur poli à cause de la haute résistance chimique. [Ser 14]

b- Addition de (Mg + Mn)

Ces deux éléments augmentent la résistance mécanique sans modifier la déformabilité. Ils se prêtent bien à l’emboutissage et au polissage.

c- Addition de (Cu + Si)

Ce sont des alliages de fonderie, présentant une bonne coulabilité et conviennent surtout pour les pièces compliquées.

d- Addition de (Co + Ti + Zn)

Accroissent la résistance mécanique sans altérer la coulabilité, l’addition de Cu et de Zn

facilite l’usinage [Bed 11].

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I.2.2. Classification des alliages d’aluminium

Les alliages d’aluminium les plus répandus sont Al-Cu, Al-Mg, Al-Cu-Mg-Si, ainsi que Al- Zn-Mg-Cu. A l’état d’équilibre, tous ces alliages forment une solution solide faiblement alliée et des phases intermétalliques CuAl

(phase θ), Mg

Si, Al

CuMg (phase S), Al

CuMg

(phase T), Al

Mg

, Al

Mg

Zn

(phase T) [Mic 08] et [Est 10]. Tous les alliages d’aluminium peuvent être rangés en deux groupes:

I.2.2.1. Alliages corroyés

Produits obtenus par des procédés de déformation plastique à chaud ou à froid tels que le filage et le laminage, elle se devise en deux catégories:

 Alliages, mis en forme par corroyage, non trempant: catégorie apte seulement pour le traitement mécanique dit "écrouissage" afin d'améliorer leurs caractéristiques mécaniques, séries 1000, 3000, 5000 et 4000 partiellement.

 Alliages, mis en forme par corroyage, trempant: catégorie apte pour le traitement thermique dit "durcissement structural" pour l'amélioration de leurs caractéristiques mécaniques, série 2000, 6000 et 7000. [Que 06]

a- Désignation des alliages corroyés

Les alliages d'aluminium corroyés sont désignés par un nombre de quatre chiffres dont:

 Le premier chiffre indique l'élément principal de l'alliage, également utilisé pour désigner les différentes séries d'alliage d'aluminium variable de (1 à 8) Tableau I. 2.

 Le deuxième indique s'il y a eu modification de l'alliage spécifique.

 Le troisième et le quatrième identifient l'alliage spécifique dans la série. [Vic 01]

Tableau I. 2: Le classement en séries de l’Aluminium Association [Vic 01]

Groupe Aluminium ou alliage

1 Aluminium non allié

2 Aluminium - cuivre

3 Aluminium - manganèse

4 Aluminium - silicium

5 Aluminium - magnésium

6 Aluminium - magnésium - silicium

7 Aluminium - zinc

8 Autres alliages d'aluminium

12

b- Désignation des états métallurgiques des produits corroyés

Cette désignation est ajoutée aux précédentes, elle comporte un groupe de lettres et de chiffres, indique la séquence de traitements utilisés pour obtenir les différents états Tableau I.

3.

Tableau I. 3: Désignation des états métallurgiques des produits corroyés [Vic 01]

lettre État de base

F brut de fabrication

O recuit

H écroui et éventuellement restauré ou stabilisé

T durci par traitement thermique

W Mis en solution (trempé)

Les états F et O ne comprennent pas de subdivision. Les états H et T comprennent les subdivisions ci-après:

 Subdivisions de l’état H Tableau I. 4:

 Le premier chiffre indique le moyen principal d’obtention du produit

 Le second chiffre (de 1 à 9) indique le niveau de dureté du métal (les chiffres de 1 à 7 sont employés pour des durcissements intermédiaires, 8 correspondant à l’état le plus dur normalement produit, 9 est utilisé pour un durcissement plus important encore.

 Subdivisions de l’état T Tableau I. 5:

 1ou 2 chiffres pour variétés de traitement.

 suivis par des chiffres supplémentaires qui complètent la désignation et traduisent des différences sensibles au niveau des caractéristiques acquises.

Tableau I. 4: Subdivision H- Ecrouissage [Vic 01].

. Le premier chiffre après H désigne le

traitement de base

Le deuxième chiffre après H désigne le degré d'écrouissage

H1 uniquement écroui Hx2 1/4 dur

H2 écroui et partiellement

recuit Hx4 1/2 dur

H3 écroui et stabilisé Hx8 4/4 dur (pleinement écroui)

H4 écroui et revenu ou laqué Hx9 extra dur

13

Tableau I. 5: Subdivision T- Traitement Thermique. [Vic 01]

I.2.2.2. Alliages de fonderies

Ce mode a pour but l'obtention des produits semi fini et fini par fusion et moulage des lingots et l'absence des zones de déformations plastiques dans les pièces moulées. Les alliages de fonderie sont obtenus de deux façons:

 Soit à partir d'aluminium provenant directement des cuves d'électrolyse auquel on ajoute les éléments d'addition de l'alliage (alliages dits de première fusion).

 Soit à partir de rebuts récupérés, assortis et purifiés. Ils sont dits de deuxième fusion et assurent pratiquement 50 % de la production totale des pièces de fonderie.

Les alliages de fonderie sont désignés par un nombre à quatre chiffres avec un point séparant les deux derniers Tableau I. 6. Le premier chiffre indique l'élément principal d’addition. Certains alliages de fonderie sont aptes aux traitements thermiques et dites trempant, ce sont de série: 200.0, 300.0, 400.0 et 700.0, l'écrouissage n'est généralement pas utilisés sur ces alliages. Il existe, en plus de l'aluminium non allié, quatre grandes familles d'alliages d'aluminium de fonderie qui sont fonction des ´éléments d'alliages ajoutés. Ceux-ci se retrouvent soit en solution solide soit sous forme de précipités. Ces familles sont les alliages au silicium, au cuivre, au magnésium et au zinc. On distinguera les additions principales déterminantes pour les propriétés du matériau et les additions secondaires, en plus faibles quantités, qui ont une action spécifique. [Bru 04] et [Vic 01]

Des chiffres pour variétés de traitement T1

Refroidi après

transformation à chaud et muri

T2

Refroidi après

transformation à chaud, écroui et muri

T3 Mis en solution, écroui et muri T4 Mis en solution et muri

T5

Refroidi après

transformation à chaud puis revenu

T6 Mis en solution puis revenu T7 Mis en solution puis sur-

revenu T8

Mis en solution, écroui

puis revenu T9 Mis en solution,

revenu puis écroui

Tx51

Ou Txx51

Diminution des tensions par détensionnement par traction

Tx52 Ou Txx52

Diminution des tensions par

détensionnement

14

 le cuivre pour (Alliages Al/Cu) augmente les propriétés mécaniques par durcissement structural, principalement la dureté (donc l'usinabilité) et la tenue à chaud sans perte au niveau de la coulabilité mais diminue la résistance à la corrosion et augmente l'aptitude à la crique.

 le silicium pour (Alliages Al/Si, Al/Si/Cu et Al/Si/Mg) confère à l'alliage d'excellentes propriétés de fonderie, telles qu'une augmentation de la coulabilité, une diminution de la criquabilité et de l'aptitude à la retassure (il se dilate à la solidification). On note aussi une augmentation de la résistance à l'usure (le silicium est très dur), mais une diminution de l'allongement à rupture. [Bru 04] et [Vic 01]

 le magnésium augmente la résistance à la corrosion, aux dommages, L’allongement à rupture et engendre un nouveau système durcissant après traitement thermique (Mg

Si) mais diminue les propriétés de fonderie et d'usinabilité (les copeaux ont tendance à coller aux outils et augmentant leur usure).

 le zinc très peu utilisé à cause de ses médiocres capacités en fonderie et ses faibles propriétés mécaniques, il se trouve sous forme ternaire de Al-Zn-Mg. Il donne un alliage à durcissement structural avec des précipités MgZn

, il atténue le gazage de l’alliage, améliore la coulabilité (faiblement), diminue l'allongement, augmente la tendance à la micro retassure et l'agressivité chimique de l’alliage fondu. [Bru 04]

Tableau I. 6: Les séries d’alliage de fonderie selon l’Aluminium Association. [Vic 01]

Code Elément(s) d'addition

1xx.x Moins de 1%(aluminium à 99.00% ou plus)

2xx.x Cuivre

3xx.x Silicium avec l'ajout de cuivre et/ ou de Magnésium

4xx.x Silicium

5xx.x Magnésium

6xx.x Série non utilisée

7xx.x Zinc

8xx.x Etain

9xx.x Autres éléments

15

I.2.3. Types de traitements appliqués aux alliages d'aluminium I.2.3.1. Traitements thermiques des alliages d’aluminium

Pour assurer le durcissement des alliages d’aluminium, a recourt à la trempe et au vieillissement. Les structures hors d’équilibre et les défauts de structure produits par la déformation qui dégradent la plasticité de l’alliage sont éliminés en appliquant le recuit.

a- Trempe et vieillissement

Avec l’abaissement de la température, la solubilité dans l’aluminium de la plupart des composants diminue, ce qui permet d’utiliser la trempe et le vieillissement pour durcir les alliages.

 Trempe des alliages d’aluminium

La trempe structurale des alliages d’aluminium a des buts et des effets totalement différents de la trempe martensitique des aciers. Le cycle thermique de ce traitement comprend:

 Le chauffage jusqu’à la température de dissolution totale ou partielle des phases intermétalliques en excès dans l'aluminium.

 Le maintien à cette température.

 Le refroidissement suffisamment rapide (hypertrempe) jusqu'à la température ambiante pour obtenir un solide sursaturé.

 Le maintient isotherme ultérieur qui conduit au durcissement de l’alliage. Celui-ci est réalisé, soit à la température ambiante (vieillissement naturel ou maturation), soit à une température supérieure (appelé vieillissement artificiel ou simplement vieillissement).

Après la trempe, les alliages de forge sont refroidis à l’eau froide et les moulages de forme à l’eau portée de 50 à 100 °C pour éliminer le gauchissement et la formation de tapures. Après la trempe, tous les alliages en possédant une faible résistance, acquièrent une élasticité élevée.

 Vieillissement des alliages trempés

La trempe est suivie d’un vieillissement qui représente est un maintient à l’ambiante

pendant quelques jours (maturation) ou un maintient pendant 10 à 24 heures à une

température accrue (vieillissement artificiel ou par revenu). Le vieillissement s’accompagne

de décomposition de la solution solide sursaturée qui va de pair avec le durcissement de

l’alliage.

16

Le vieillissement naturel (maturation à 20 °C) ou artificiel (durcissement par le revenu à basses températures, inférieures à 100 ou 150 °C), ne révèle pas la décomposition de la solution solide avec isolation de la phase en excès à ces températures.

b - Recuit des alliages d’aluminium

 Recuit d’homogénéisation

Ce traitement est appliqué aux lingots avant corroyage pour éliminer la ségrégation deudutique qui conduit à la formation d’une solution solide inhomogène et au dépôt des inclusions eutectiques fragiles hors d’équilibre Al

CuMg, Mg

Si, Al

Mg

Zn

aux joints des grains et entre les branches de dendrites. Au cours de l’homogénéisation, la composition des cristallites de la solution solide est uniformisée, alors que les combinaisons intermétalliques se déposent sous forme de fines inclusions secondaires uniformément réparties.

Il s’ensuit que la plasticité de l’alliage coulé s’améliore, ce qui permet d’augmenter le degré de corroyage lors du formage à chaud, la vitesse de filage et diminuer les rebuts technologiques.

L’homogénéisation contribue à l’obtention d’une structure à grains fins dans les tôles recuites et diminue l’aptitude à la corrosion sous tension. Le cycle thermique de ce recuit comprend:

 Un chauffage jusqu’à une température élevée de 450 à 520 °C.

 Un maintient qui varie de 4 à 40 heures.

 Un refroidissement lent à l’air ou dans le four.

 Recuit de recristallisation

Le recuit de recristallisation consiste à chauffer l’alliage déformé jusqu'aux températures

supérieures à celles de la fin de recristallisation primaire. On l’applique pour supprimer

l’écrouissage et obtenir un grain fin. Dans la plupart des alliages d’aluminium, lorsque la

déformation atteint 50 à 75 %, la température de début de recristallisation s’échelonne de 290

à 400 °C. La température de recuit de recristallisation varie suivant la composition de l’alliage

de 350 à 500 °C et le maintient de 0,5 à 2,0 heures. Après le recuit de recristallisation des

alliages non durcis par traitement thermique, la vitesse de refroidissement est choisie

arbitrairement, pour les alliages durcis par traitement thermique, la vitesse de refroidissement

allant jusqu'à 200 à 250 °C doit être inférieure ou égale à 30 °C/h. Le recuit comme opération

intermédiaire est appliqué dans le travail à froid ou entre le corroyage à chaud et à froid.

17

Le recuit incomplet est une modalité de recuit de recristallisation, il permet d’obtenir des propriétés intermédiaires entre l’état écroui et recristallisé. Dans ce cas, la température de recuit doit être inférieure à celle de la fin de recristallisation pour assurer l’obtention d’une structure sous forme de polygone ou partiellement recristallisée, qui supprime en partie l’écrouissage. Le plus souvent, le recuit est appliqué dans le cas des alliages de forge et de laminage non soumis au durcissement per trempe et vieillissement .

 recuit d’adoucissement des alliages ayant subi la trempe et le vieillissement

Il est effectué à une température de 350 à 450 °C avec un séjour de 1 à 2 h. Ces températures assurent la décomposition complète de la solution solide sursaturée et la coalescence des phases qui durcissent. La vitesse de refroidissement ne doit pas dépasser 30

°C/h. Après le recuit, l’alliage possède une faible charge de rupture, une plasticité suffisante et une résistance élevée à la corrosion sous tension.

I.2.3.2. Traitements thermomécaniques des alliages d’aluminium

Tous les métaux et alliages peuvent être traitées par déformation plastique, dans le domaine de l'aluminium ce traitement est réservé pour certaines familles comme: 1000, 3000, 4000 partiellement, 5000, et 8000. [Chr 04]

a - Durcissement par écrouissage

Afin de modifier les caractéristiques mécaniques de certains alliages d'aluminium sans traitement thermique, on les sollicite à la déformation plastique macroscopique (consolidation) ou microscopiques (écrouissage).

L'écrouissage de l'aluminium ou d'un alliage d'aluminium a pour effet d'augmenter sa dureté et sa résistance mécanique (limite élastique et charge de rupture), avec en contre partie une diminution de sa plasticité (allongement à la rupture, aptitude à la déformation).

La Figure I. 2 donne, à titre d’exemple, l’influence du taux d’écrouissage sur les caractéristiques mécaniques de traction de quatre alliages souvent utilisés industriellement à l’état écroui. Le taux d’écrouissage étant défini par le paramètre:

Où: E: l’épaisseur initiale, e: l’épaisseur après écrouissage.

18

L’aluminium et les alliages d’aluminium à l’état écroui sont très utilisés dans de nombreuses applications industrielles, lorsque l’on recherche de bonnes propriétés mécaniques et lorsque l’on n’est pas gêné technologiquement par la relative plasticité de ces états ; rappelons que ces états écrouis sont désignés par les symboles H1X [Mic 08] et [Mon 76]

Figure I. 2: Influence de l’écrouissage sur les caractéristiques mécaniques de traction de l’aluminium 1200 et des alliages 3003, 5050 et 5052. [Mic 08]

b- Recristallisation

Pour diminuer le nombre de défauts engendrés par l'écrouissage (état métastable), un traitement thermique à température suffisante doit être appliqué. La structure écrouie sera remplacé par une nouvelle structure à grains reformes. Ce type de traitement ne se produit qu'après une déformation minimale, dite "écrouissage critique", il est caractérisé par une résistance mécanique, dureté minimales et une plasticité maximale " état optimal pour réaliser des déformations ou mises en forme à froid importantes et difficiles" (Fig. I. 3). [Pao 05] Ces types de traitement concerne les alliages de:

Aluminium pure Série 1000

La pureté de cette série d'alliages est d’au moins 99 % Al. L'écrouissage améliore les

propriétés mécaniques de l’état recuit qui sont faibles. Ils se prêtent facilement à la mise en

forme par déformation plastique à froid, ils présentent une excellente résistance à la corrosion

19

humide et marine. La grande conductibilité électrique de certains alliages de cette série permet de les utilisés comme conducteurs électriques. Ces alliages sont aussi recherchés pour les évaporateurs et de radiateurs vue leurs conductibilité thermique élevée. [Zaz 11]

Genki Horii et al ont montres que la réduction de la taille de grain d'un aluminium série 1100 de 40 μm à 2 μm, par un écrouissage, permet l'amélioration des caractéristiques mécaniques, telles que la résistance mécanique et la limite d'élasticité ainsi que la résistance à la fatigue par le retard de la phase amorçage. [Gen 10].

Série 5000 "Al-Mg"

Série présente la meilleur combinaison de la résistance mécanique et à la corrosion. Elle est l'unique série d'alliage d'aluminium permettant la réduction de la taille de grain à l'échelle nanométrique, aussi qu'une excellente soudabilité pour un taux de moins de 3 % de Mg, (Fig.

I. 4). Les grands pourcentages en magnésium influent remarquablement la résistance à la corrosion. Très utilisé en marine, corps de bateaux et les gantes de véhicules. [Pao 05] et [Mat 05]

T. Hausöl et al, montrent que la création de UFG "ultrafin-grain " jusqu’à 80nm à partir de 10 μm de l'alliage d'aluminium série 5754 à influée énormément les propriétés mécaniques par une augmentation considérable de la dureté, la limite d'élasticité, la résistance mécaniques et diminué remarquablement la ductilité. Cette dernière peut être récupérée par un court traitement thermique de 250 °C. [Hau 10]

Figure I. 3: Diagramme de recristallisation. [Pao 05]

20

Figure I. 4: Diagramme de phase aluminium- magnésium. [Pao 05]

Série 4000:"Al-Si"

La série Al-Si avec l'élément principal silicium offre une large gamme d'alliage, elle est la plus utilisée industriellement. Ces alliage ont une teneur en Si varient de 5 à 20 %. La très grande majorité de ces alliages présentent une composition eutectique ou hypo eutectique. La composition de l'eutectique est de 12.7 % de silicium (Fig. I. 5). Les alliages de ces séries font preuve d'une très bonne coulabilité et résistent bien à la corrosion. Le silicium présent dans le constituant eutectique a normalement une morphologie aciculaire. Cette série d'alliage peut être binaire avec le silicium et dans ce cas elle n'est pas trempant, ternaire avec le sodium ou le strontium cas permettant de modifier la morphologie structurale vers le fibreux et ternaire aussi avec l'addition de magnésium (de 0.3 à 1 %) aux alliages Al-Si permet d'améliorer considérablement leurs propriétés mécaniques. Les alliages Al-Si-Mg sont en effet durcissables par précipitation contrôlée du composé Mg

Si et de ses formes transitoires.

Ils sont quartenaire avec l'addition du cuivre (de 3 à 5 %), la présence du cuivre améliore les

propriétés mécaniques des alliages Al-Si. Dans ce cas, l'addition de magnésium améliore leur

réponse aux traitements thermiques. Les alliages Al-Si-Cu eutectiques ont une bonne tenue à

chaud et un faible coefficient de dilatation. Très utilisés pour la fabrication de pistons ou de

culasses, dans les moteurs à combustion interne. [Vic 01] et [Asm 04]

21

Figure I. 5: Diagramme d'équilibre Aluminium-Silicium. [Asm 04]

I.2.4. Propriétés des alliages d’aluminium

 Température de travail élevée

 Léger, très bonne solidité, dureté, et rigidité

 Bonnes propriétés de protection contre les interférences électromagnétiques

 Bonne conductivité thermique

 Conductivité électrique élevée

 Bonnes caractéristiques de finition

 Entièrement recyclable.

Les principales caractéristiques des alliages d’aluminium sont:

 Résistance à chaud

D’une certaine manière, on peut dire que la résistance à chaud est assez faible au delà de 150

°C, sauf pour les alliages Al-Cu où l’on peut atteindre 300 °C. [Mic 08]

 Résistance aux basses températures

Les alliages d’aluminium ont un réseau cristallin CFC, par conséquent, ils ne sont pas fragiles

d’où leur application en cryogénie.

22

 Résistance à la fatigue

De manière générale, le coefficient d’endurance R

est de l'ordre de 0,5 pour les alliages non trempant et de (0,25 à 0,30) pour les alliages trempant.

 Résistance à la corrosion

Comme pour l’aluminium pur; les alliages d’aluminium sont protégés contre la corrosion grâce à la formation d’une pellicule de Al

O

. La protection anti-corrosion peut être améliorée par anodisation. Les risques de corrosion à craindre dépendent des éléments d’addition:

 Corrosion galvanique à craindre en présence du fer.

 Corrosion de type intergranulaire et sous tension, à craindre en présence d’additions telles que Cu, Mn, Mg + Si et Mg + Zn

 Mise en forme

Les alliages d’aluminium sont faciles à laminer et emboutir. En particulier les alliages Al-Mg sont très appropriés au filage à chaud.

 Soudage

De manière générale, le soudage est facile grâce à la couche protectrice d’alumine (procédés de soudage sous gaz protecteur ou sous vide). [Mic 08]

I.2.5. Les applications des alliages d’aluminium

a- Les alliages Al-Si

Les alliages Al-Si ce sont numériquement et industriellement les plus importants parmi les alliages moulés.

Al-Si

Mg: peut être traité thermiquement, bonnes propriétés pour la coulée en sable et en coquille, bonne stabilité dimensionnelle et résistance à la corrosion. Ils sont utilisés pour automobiles (roues, bras de suspension, traverses, pivots, étriers et corps de vérins) et aéronautique (carters, boîtes d'engrenages et prises d'air mobiles).

Al-Si

Cu

: alliage sans traitements thermiques, utilisation très générale lorsqu’il n'y a pas de contraintes particulières. Ils sont utilisés pour les culasses, les collecteurs d'admission, les carters et les tubulures.

Al-Si

Cu

Mg: utilisé après traitement thermique, bien adapté à la coulée en coquille de

pièces à haute résistance mécanique.

23

b- Les Alliages Al-Cu

Ces alliages présentent une aptitude au moulage variable mais assez médiocre, une résistance à la corrosion insuffisante en milieu agressif marin et une bonne usinabilité.

Al-Cu

MgTi: caractéristiques mécaniques les plus élevées (statique, endurance et fatigue).

Ils sont utilisés pour les aéronautique, l armement et véhicules divers

Al-Cu

NiCoZr et Al-Cu

NiTi: propriétés de moulage bonnes, très bonne résistance à chaud jusqu'à 250 °C. Ils sont utilisés pour les pistons, culasses de moteurs Diesel et têtes de cylindres.

c- Les Alliages Al-Mg

Ces alliages présentent une excellente résistance à la corrosion atmosphérique, excellente soudabilité et aptitude à l’anodisation de protection (bonne pour décoration). Ils sont utilisés pour les bâtiments (panneaux de façade et de couverture), Chaudronnerie, emboutissage, matériel pour industries chimiques et alimentaires, marine (panneaux et accessoires divers) et automobile [Mic 08]

d- Les Alliages Al-Mn

Utilisés pour industries chimiques (lorsque l’action des produits chimiques est sévère), Pièces de décoration et déflecteurs. Ces alliages présentent une excellente résistance à la corrosion atmosphérique, excellente soudabilité et Bonne aptitude à l’anodisation de protection.

I.2.6. Les alliages Al-Mg

Les alliages aluminium-magnésium constituent une famille importante et variée d’alliages industriels.

I.2.6.1. Magnésium

Elément chimique métallique blanc de symbole Mg et numéro atomique 12 et de densité

1,74. Sa structure cristalline est hexagonale. Le magnésium est un métal alcalinoterreux. C'est

le huitième élément le plus abondant de la croûte terrestre, le troisième métal derrière

l'aluminium et le fer. Le magnésium est un métal très résistant, d'aspect blanc-argenté, très

léger (un tiers plus léger que l'aluminium) et qui se ternit légèrement une fois exposé à l'air. Il

s'enflamme difficilement sous forme de bloc, mais très facilement s'il est réduit en petits

copeaux. [Abd 07]

24

I.2.6.2. Caractéristiques de magnésium

 Masse volumique (à 20 °C): 1,47 g.cm

 Point de fusion׃ 651 °C

 Module d'élasticité׃ 4 GPa

 Moule de rigidité׃ 16.7 GPa

 Allongement à la rupture׃ 15 %

 conductivité thermique (à 20 °C)׃ 15 W.m

.k

 capacité thermique (à 20 °C): 1020 J.K

.g

 chaleur latente de fusion׃ 355 J.g

 coefficient de dilatation linéique (à 20 °C)׃ 28.10

k

I.2.6.3. Propriétés générales des alliages Al-Mg

Les alliages Al-Mg forment, en fonction de leur teneur en magnésium qui varie de 0,5 à 7 %, une gamme très progressive d’alliages dont les propriétés générales sont les suivantes:

 caractéristiques mécaniques moyennes: la Figure I. 6 donnes la résistance à la traction type des principaux d’entre eux à l’état recuit ; mais cette résistance peut être plus ou moins fortement augmentée, aux dépens de la plasticité, en utilisant les états H écrouis. Le magnésium accroît fortement la résistance des alliages (Fig. I. 7) jusqu’à 12 ou 14 %, avec le Mg, la plasticité change peu mais ensuite elle se dégrade brusquement.

 bonne aptitude à la déformation à chaud et à froid, cette aptitude étant toutefois d’autant meilleure que la teneur en magnésium est plus faible.

 excellente soudabilité opératoire et métallurgique, la résistance mécanique des joints soudés étant pratiquement égale à celle du métal de base à l’état recuit ; cette propriété, jointe à la précédente, explique les nombreuses applications des alliages Al-Mg dans le chaudronnage-soudage.

 excellent comportement aux basses et très basses températures, d’où les applications en cryogénie.

 très bonne résistance à la corrosion en atmosphères naturelle, industrielle et marine, sur état soudé ou non. Cette propriété peut être renforcée par des traitements d’anodisation de protection.

 possibilité de présenter de beaux états de surface par brillantage ou anodisation

lorsqu’ils sont élaborés à partir d’aluminium suffisamment pur.

[Dev 59] et [Miz 13]

25

Figure I. 6: Résistance mécanique des alliages Al-Mg de la série 5000 en fonction de leur teneur en magnésium [Dev 59].

Figure I. 7: La variation des propriétés mécaniques de l’aluminium en fonction de la teneur

en Mg.

26

I.2.6.4. Principaux alliages Al-Mg d’usage général

 L’alliage 5005: le moins chargé en magnésium (0,8 %), remplace l’aluminium non allié lorsqu’une légère augmentation des caractéristiques nécessaire. Utilisé dans le domaine de l’emboutissage, de l’architecture (bardages) et du mobilier métallique.

 L’alliage 5050 (Mg = 1,45 %): sous forme de produits filés et laminés, utilisé dans les domaines les plus variés: bâtiment (chéneaux, tuyaux...), ménager (machines à laver...) et transports (remorques automobiles, bateaux...).

 L’alliage 5251 (Mg: 2,05 %; Mn: 0,3 %): est plus spécialement utilisé sous forme de produits filés (barres, fils, tubes) ou de tubes soudés pour l’irrigation.

 Les alliages 5454 (Mg: 2,7 %; Mn: 0,75 %; Cr: 0,12 %), 5754 (Mg: 3,1 %; Mn + Cr:

0,35 %), 5154 (Mg: 3,5 %; Cr: 0,25 %): relativement voisins, à caractéristiques légèrement supérieures à celles des précédents, restent des alliages très sûrs, en particulier du point de vue résistance à la corrosion. Les exemples d’application ci-après illustrent leurs nombreuses possibilités d’utilisation:

 industrie chimique alimentaire: canalisations, réservoirs, installations de liquéfaction et de stockage de gaz liquéfiés.

 industrie des transports: terrestres (carrosseries, citernes, conteneurs, aéronautiques), maritimes (canots de sauvetage, superstructures de petites unités, aménagements de paquebots, revêtements de cales frigorifiques, viviers de chalutiers).

 bâtiment et travaux publics: panneaux de revêtement et matériel de manutention.

 biens de consommation: loisirs (caravanes, articles de camping), mobilier métallique, matériel de cuisson et de stockage des aliments, matériel ménager (conteneurs isothermes, bacs à glace...).

 industries mécanique et électrique: canalisations diverses, bobines pour textiles, rivets et boulonnerie.

 installation de dessalement de l’eau de mer.

 Les alliages 5086 (Mg: 4 %; Mn: 0,45 %; Cr: 0,15 %) et 5083 (Mg: 4,45 %; Mn: 0,7

%; Cr: 0,15 %), donc plus chargés en magnésium que les précédents, sont utilisés toutes les fois que l’on recherche, en plus des caractéristiques générales des alliages Al-Mg, une résistance mécanique élevée, ce qui est le cas des applications ci-après:

 transports terrestres: semi-remorques, citernes.

 transports maritimes: superstructures de paquebots.

 travaux publics: manutention, ponts roulants.

27

 industrie mécanique: matériel ménager, machines textiles.

 industries chimique et cryogénique: installations de liquéfaction, de gazéification, réservoirs de stockage de gaz liquéfiés, cuves de transports et de stockage du méthane liquide

; ces alliages sont, en particulier, les matériaux de choix pour les installations cryogéniques en raison de leur très bon comportement jusqu’aux très basses températures.

 Les alliages 5056 (Mg: 5,05 %; Cr: 0,12 %; Mn: 0,12 %), 5056 A (Mg: 5,05 %; Mn:

0,35 %) et 5456 (Mg: 5,1 %; Cr: 0,12 %; Mn: 0,75 %): plus chargés en magnésium, sont les plus performants parmi les différents alliages de la série 5000. Leurs applications sont toutefois limitées en raison des risques de corrosion inter granulaire et de corrosion sous tension.

I.2.6.5. Alliages Al-Mg pour applications plus spécifiques

 Alliages pour métal d’apport en soudage: En raison de leur bonne soudabilité opératoire, les alliages Al-Mg sont très utilisés en tant que métal d’apport lors du soudage des différents alliages d’aluminium. Différentes nuances d’alliages ont été spécialement mises au point à cet égard, tant du point de vue composition (présence de titane pour affiner le grain de la zone fondue, de béryllium pour limiter l’oxydation) que du point de vue fabrication du fil lui-même (états de surface spéciaux). [Dev 59], [Miz 13] et [Llo 80]

 Alliages pour décoration: Ces alliages se différencient des alliages à usage général par une faible teneur en impuretés (Fe, Si en particulier). Ils sont spécialement adaptés à la décoration en raison des beaux états de surface obtenus après brillantage ou oxydation anodique et de leur très bonne résistance à la corrosion. [Dev 59] et [Llo 80]

 Alliages pour conducteurs électriques: L’alliage 5005 peut être utilisé sous forme de fils élaborés par des procédés de coulée et laminage en continu pour des applications électriques:

 conducteurs nus et aériens de lignes de transport et de distribution d’électricité. les fils écrouis à l’état H19 présentent par rapport aux fils en aluminium non allié une résistance mécanique supérieure (résistance à la rupture supérieure à 230-275 MPa suivant le diamètre du fil, par contre 160-200 MPa pour l’aluminium non allié); mais, en contrepartie, la conductivité électrique du l’alliage 5005 est diminuée du fait de la présence de magnésium.

 câbles souples isolés. [Dev 59], [Miz 13] et [Llo 80]