La plupart des gens choisissent l'aluminium parce qu'il est léger et résiste à la corrosion. Mais cela ne signifie pas qu'il donne toujours les résultats escomptés, en particulier dans les situations de forte contrainte ou de forte chaleur. Si vous concevez des pièces qui nécessitent une meilleure résistance ou une plus grande robustesse, l'aluminium non traité peut ne pas suffire. Le traitement modifie le comportement du métal, ce qui le rend plus adapté aux pièces qui doivent durer.
Le traitement thermique n'est pas réservé à l'acier. L'aluminium en bénéficie également, en particulier dans les pièces structurelles ou mobiles où la résistance est importante. Voici comment les méthodes fonctionnent et pourquoi elles valent la peine d'être utilisées.
Qu'est-ce que le traitement thermique de l'aluminium ?
Le traitement thermique est un processus au cours duquel l'aluminium est chauffé puis refroidi d'une manière spécifique. L'objectif est de modifier la structure interne du métal. Ce changement affecte la dureté, la résistance et la flexibilité du métal.
Le métal passe par une plage de température déterminée. Il est ensuite refroidi à l'air, à l'eau ou lentement. Chaque méthode donne des résultats différents. Le choix dépend du type d'aluminium et de l'utilisation de la pièce.
L'aluminium possède une structure cristalline à l'intérieur. Lorsque vous chauffez le métal à la bonne température, les atomes commencent à se déplacer. En maintenant le métal à cette température, des changements se produisent à l'intérieur.
Ensuite, le refroidissement verrouille ces changements. Un refroidissement rapide, ou trempe, peut piéger les atomes dans un nouvel état. Un refroidissement plus lent permet aux atomes de s'installer dans une forme stable. Le vieillissement est parfois ajouté pour renforcer la dureté et la résistance.
Classification des alliages d'aluminium
Il existe de nombreux types d'alliages d'aluminium. Chaque type se comporte différemment en fonction de son mode de fabrication et de sa réaction à la chaleur. Connaître les différences permet de choisir le bon matériau pour le travail à effectuer.
Alliages d'aluminium corroyés et coulés
Les alliages corroyés sont fabriqués par laminage, extrusion ou forgeage. Ils sont solides et présentent de bonnes finitions de surface. Ils sont utilisés dans des produits tels que les tôles, les barres et les pièces de structure.
Les alliages coulés sont coulés dans des moules. Ils conviennent pour les formes complexes mais peuvent présenter davantage de défauts de surface. Ils sont utilisés dans des pièces telles que les boîtiers ou les supports.
Les alliages corroyés sont souvent plus résistants que les alliages coulés. Les alliages coulés conviennent mieux aux pièces aux formes détaillées.
Alliages traitables à chaud et alliages non traitables à chaud
Les alliages pouvant être traités thermiquement peuvent être renforcés par chauffage et refroidissement. Il s'agit notamment des séries 2xxx, 6xxx et 7xxx. Ils obtiennent leur résistance grâce à un processus appelé durcissement par précipitation.
Les alliages non traitables à chaud ne peuvent pas être renforcés par la chaleur. Au lieu de cela, ils sont durcis par un travail à froid. Il s'agit des séries 1xxx, 3xxx, 4xxx et 5xxx. Ces alliages sont souvent utilisés lorsqu'une résistance élevée n'est pas nécessaire, mais que la résistance à la corrosion l'est.
Séries d'aluminium courantes et leurs caractéristiques
- Série 1xxx: Aluminium pur. Très souple. Grande résistance à la corrosion et conductivité thermique. Ne peut être traité thermiquement.
- Série 2xxx: Alliages aluminium-cuivre. Haute résistance. Traitements thermiques, mais résistance à la corrosion plus faible.
- Série 3xxx: Aluminium-manganèse. Bonne formabilité et bonne résistance à la corrosion. Non traitable à chaud.
- Série 5xxx: Aluminium-magnésium. Solide et résistant à la corrosion. Ne peut être traité thermiquement.
- Série 6xxx: Aluminium-magnésium-silicium. Bon équilibre entre la solidité et la résistance à la corrosion. Peut être traité thermiquement.
- Série 7xxx: Aluminium-zinc. Très haute résistance. Peut être traité thermiquement mais est plus difficile à souder.
Procédés fondamentaux de traitement thermique
Chaque méthode de traitement thermique modifie l'aluminium différemment. Certains le rendent plus souple pour formant. D'autres nous compliquent la tâche. Le choix du bon procédé dépend de la fonction de la pièce.
Recuit
Recuit ramollit l'aluminium. Cela le rend plus facile à plier ou sa forme sans se fissurer. Elle permet également d'atténuer les tensions dues au froid. Cette étape est utile avant le formage ou l'usinage.
L'aluminium est généralement recuit à des températures comprises entre 300°C et 410°C (570°F et 770°F). Le métal est maintenu à cette température, puis refroidi lentement. Le refroidissement par four est courant. Ce refroidissement lent permet de conserver la souplesse du métal.
Traitement thermique en solution
Au cours de cette étape, l'alliage est chauffé jusqu'à ce que les éléments d'alliage se dissolvent. On obtient ainsi une solution solide uniforme. Le maintien de l'alliage à la bonne température permet de s'assurer que les éléments se mélangent bien.
Les températures de traitement thermique en solution se situent généralement entre 475°C et 530°C (890°F et 980°F). Le métal est trempé à cette température pendant plusieurs heures, en fonction de l'épaisseur de la pièce. Un contrôle précis de la température est essentiel pour éviter la fusion ou un traitement inégal.
Trempe
Après le traitement thermique de mise en solution, la pièce est refroidie rapidement. Cette étape permet de piéger les éléments dissous. L'eau est le milieu le plus courant. Des solutions d'air et de polymères sont également utilisées, en fonction de l'alliage et de la forme de la pièce.
Certains alliages se refroidissent trop lentement et forment des phases indésirables. Il s'agit d'alliages sensibles à la trempe. Les alliages des séries 2xxx et 7xxx sont particulièrement sensibles. Une trempe rapide permet de conserver la bonne structure pour le vieillissement ultérieur.
Vieillissement (durcissement par précipitation)
Après la trempe, le vieillissement renforce l'alliage. Le vieillissement naturel se produit à température ambiante. Le vieillissement artificiel utilise la chaleur pour accélérer le processus et contrôler les résultats.
Le vieillissement naturel peut durer plusieurs jours. Le vieillissement artificiel utilise des températures comprises entre 240°F et 375°F (115°C-190°C) pendant plusieurs heures. Chaque alliage a une durée et une température de vieillissement idéales pour obtenir la meilleure résistance.
Méthodes de traitement thermique spécialisées
Certaines pièces en aluminium nécessitent des étapes de traitement supplémentaires pour atteindre la bonne résistance ou la bonne stabilité. Ces méthodes spéciales permettent de contrôler les contraintes internes, d'améliorer la structure ou d'affiner la dureté.
Explication des revenus T5 et T6
T5 et T6 sont des traitements de trempe couramment utilisés après le traitement thermique. T5 signifie que la pièce est refroidie après un processus à haute température, puis vieillie artificiellement. Aucun traitement thermique de mise en solution n'est effectué.
T6 signifie que la pièce subit un traitement thermique de mise en solution, une trempe et un vieillissement artificiel. Il offre une meilleure résistance que le T5. Le T6 est largement utilisé dans les pièces structurelles, les cadres et les composants qui doivent résister aux contraintes.
Homogénéisation pour l'aluminium moulé
L'homogénéisation est surtout utilisée pour la fonte d'aluminium. Elle réduit la ségrégation et améliore l'uniformité du métal.
Cette étape consiste à chauffer la pièce moulée à une température élevée, juste en dessous du point de fusion. Elle permet d'égaliser les éléments d'alliage qui se séparent pendant la coulée. Ce traitement améliore la façon dont le métal réagit aux traitements ultérieurs, tels que extrusion ou l'usinage.
Traitements de stabilisation et de réduction du stress
La stabilisation est utilisée lorsque les pièces sont exposées à des changements de température en service. Elle permet d'éviter les déformations.
La détente élimine les forces internes accumulées pendant le formage ou l'usinage. Pour ce faire, la pièce est chauffée à une température modérée, puis refroidie lentement.
Contrôle des équipements et des processus
Un bon traitement thermique dépend de l'utilisation des bons outils et d'un contrôle rigoureux du processus. Sans cela, les résultats peuvent être inégaux ou imprévisibles.
Fours et systèmes de chauffage
La plupart des traitements thermiques de l'aluminium sont effectués dans des fours électriques ou à gaz. Les fours discontinus traitent des charges uniques. Les fours continus déplacent les pièces sur une bande ou un rail.
Le choix dépend du volume, de la taille des pièces et des besoins de chauffage. Le four doit chauffer les pièces de manière homogène et maintenir la bonne température tout au long du cycle.
Uniformité et surveillance de la température
Il est essentiel de maintenir l'ensemble du chargement à la bonne température. Si une partie du lot est plus froide ou plus chaude, le traitement ne fonctionnera pas correctement.
Des thermocouples et des systèmes de contrôle permettent de vérifier et de maintenir la température. Un chauffage uniforme permet à chaque pièce d'atteindre le même niveau de résistance et de structure.
Contrôle de l'atmosphère pour éviter l'oxydation
Lorsque l'aluminium est chauffé à l'air libre, il peut s'oxyder. Cela crée une surface rugueuse qui peut affecter la résistance ou l'apparence.
L'utilisation d'atmosphères contrôlées, comme l'azote ou l'argon, permet de réduire l'oxydation. Dans certains cas, des revêtements ou des enveloppes de protection sont ajoutés avant le chauffage.
Amélioration des propriétés mécaniques et physiques
Le traitement thermique modifie le comportement de l'aluminium. Il augmente la résistance, mais il peut aussi affecter la facilité de pliage du matériau, son aspect et sa résistance aux dommages.
Amélioration de la résistance et de la dureté
L'aluminium traité thermiquement peut être beaucoup plus résistant que les versions non traitées. Des procédés tels que la mise en solution et le vieillissement augmentent la dureté et la résistance à la traction.
Ceci est utile pour les pièces qui supportent des charges, résistent à l'usure ou doivent maintenir des tolérances serrées. Les séries 6xxx et 7xxx répondent bien à ce type de renforcement.
Ductilité et formabilité après traitement thermique
Si la résistance augmente, la ductilité peut diminuer. Cela signifie que le matériau devient plus difficile à plier ou à façonner après le traitement.
Certains traitements thermiques, comme le recuit, ont l'effet inverse. Ils rendent l'aluminium plus souple et plus facile à former. Le choix du bon procédé dépend de la nécessité de façonner la pièce ou de la maintenir solide.
Modifications de l'état de surface et de la résistance à la corrosion
Le traitement thermique peut affecter l'aspect de la surface. Certains traitements peuvent assombrir ou rendre la finition rugueuse. La trempe peut laisser des marques ou provoquer un léger gauchissement.
La résistance à la corrosion peut également changer. Les alliages de la série 2xxx, par exemple, perdent une partie de leur résistance à la corrosion après traitement. D'autres, comme les 5xxx, conservent une bonne résistance même sans traitement thermique.
Meilleures pratiques en matière de traitement thermique
Pour obtenir des résultats cohérents lors d'un traitement thermique, il ne suffit pas de chauffer et de refroidir. Chaque étape - avant, pendant et après - doit être traitée avec soin.
Paramètres de traitement spécifiques aux alliages
Chaque alliage réagit différemment à la chaleur. La température, la durée de trempage et la méthode de refroidissement correctes varient selon les séries d'alliages.
Par exemple, le 6061 a besoin d'environ 985°F pour le traitement en solution. Le 7075 peut avoir besoin d'une plage différente. L'utilisation de paramètres incorrects peut entraîner une résistance médiocre, voire des fissures.
Exigences en matière de nettoyage avant traitement
Avant de chauffer, la surface doit être propre. La saleté, l'huile et les oxydes peuvent affecter la façon dont la chaleur circule à travers la pièce.
Le nettoyage peut être effectué à l'aide de solvants, de lavages alcalins ou d'un lavage mécanique. Dans certains cas, un bain d'acide doux est utilisé pour éliminer les oxydes de surface.
Manipulation et stockage après traitement
Après la trempe ou le vieillissement, les pièces doivent être manipulées avec précaution. Les faire tomber ou les plier peut créer des tensions ou modifier la structure du métal.
Stockez les pièces traitées dans des environnements secs et propres. Éviter d'empiler des objets lourds sur ces pièces.
Conclusion
Le traitement thermique de l'aluminium est un processus essentiel pour améliorer la résistance, la durabilité et les performances. Les méthodes telles que le recuit, la mise en solution, la trempe et le vieillissement ont chacune leur utilité. Le choix de la bonne méthode dépend de l'alliage, de la conception de la pièce et de l'application.
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Hey, je suis Kevin Lee
Au cours des dix dernières années, j'ai été immergé dans diverses formes de fabrication de tôles, partageant ici des idées intéressantes tirées de mes expériences dans divers ateliers.
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Kevin Lee
J'ai plus de dix ans d'expérience professionnelle dans la fabrication de tôles, avec une spécialisation dans la découpe au laser, le pliage, le soudage et les techniques de traitement de surface. En tant que directeur technique chez Shengen, je m'engage à résoudre des problèmes de fabrication complexes et à favoriser l'innovation et la qualité dans chaque projet.
