1. L'influence des éléments d'alliage

Élément cuivre (Cu)

Dans les alliages aluminium-cuivreLa solubilité maximale du cuivre dans l'aluminium est de 5,65% à 548°C, diminuant à 0,45% à 302°C. Le cuivre est un élément d'alliage important, qui contribue au renforcement de la solution solide. En outre, la précipitation de CuAl2 au cours du vieillissement présente des effets notables de durcissement par vieillissement.

En règle générale, la teneur en cuivre des alliages d'aluminium est comprise entre 2,5% et 5%, le renforcement le plus efficace étant observé pour des teneurs en cuivre comprises entre 4% et 6,8%. La teneur en cuivre de la plupart des alliages d'aluminium dur se situe donc dans cette fourchette.

Alliages Al-Silicium (Si)

Dans le cadre de la alliage aluminium-silicium la solubilité maximale du silicium dans la phase riche en aluminium est de 1,65% à la température eutectique de 577°C. Bien que la solubilité diminue avec la température, ces alliages ne peuvent généralement pas être traités thermiquement pour être renforcés. Les alliages aluminium-silicium présentent d'excellentes propriétés de coulée et de résistance à la corrosion.

Les alliages aluminium-magnésium-silicium sont obtenus en combinant du magnésium et du silicium avec de l'aluminium. La phase de renforcement de ces alliages est le MgSi. Le rapport entre le magnésium et le silicium dans cette phase est de 1,73 à 1.

Lors de la conception des alliages A-Mg-Si, les ingénieurs proportionnent les teneurs en magnésium et en silicium en fonction de ce rapport. Certains alliages Al-Mg-5i ajoutent une quantité appropriée de cuivre pour améliorer la résistance, ainsi que du chrome pour contrer les effets négatifs du cuivre sur la résistance à la corrosion.

Dans les alliages Al-Mg2Si, la quantité maximale de Mg2Si pouvant se dissoudre dans l'aluminium est de 1,85% dans la phase riche en aluminium. Cette quantité diminue à mesure que la température augmente. Dans les alliages d'aluminium déformables, le silicium est ajouté seul à l'aluminium uniquement pour les matériaux de soudage, où il contribue également à un certain degré de renforcement.

Élément magnésium (Mg)

Dans le cadre de la alliage d'aluminium et de magnésium La solubilité du magnésium dans l'aluminium diminue avec la température. Cependant, dans la plupart des alliages industriels d'aluminium déformable, la teneur en magnésium est inférieure à 6%, et la teneur en silicium est également faible. Ces alliages ne peuvent pas être traités thermiquement pour être renforcés, mais ils présentent une bonne soudabilité, une bonne résistance à la corrosion et une résistance modérée.

Le magnésium renforce considérablement l'aluminium, avec une augmentation d'environ 34 MPa de la résistance à la traction par ajout de 1% de magnésium. L'ajout de moins de 1% de manganèse peut apporter un renforcement supplémentaire. Ainsi, l'ajout de manganèse peut réduire la teneur en magnésium, diminuer la tendance à la fissuration à chaud et améliorer la résistance à la corrosion et la soudabilité. En outre, le manganèse peut faciliter la précipitation uniforme de Mg5Al8, améliorant ainsi la résistance à la corrosion et la soudabilité.

Élément manganèse (Mn)

Dans la série des alliages Al-Mn, à 658°C, la plus grande quantité de manganèse pouvant être dissoute dans la solution solide est de 1,82%. La résistance de l'alliage augmente continuellement avec l'accroissement de la solubilité, atteignant un allongement maximal à une teneur en manganèse de 0,8%. Les alliages Al-Mn sont des alliages de trempe non traitables à chaud, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas être renforcés par traitement thermique.

Le manganèse peut inhiber le processus de recristallisation des alliages d'aluminium, augmenter la température de recristallisation et affiner de manière significative les grains recristallisés. L'affinage des grains recristallisés est principalement réalisé par la dispersion de particules de composé MnAl6, qui empêchent la croissance des grains recristallisés. Une autre fonction du MnAl6 est de dissoudre le fer impur, en formant du (Fe, Mn)Al6, réduisant ainsi les effets nocifs du fer.

Le manganèse est un élément important dans les alliages d'aluminium et peut être ajouté seul pour former des alliages binaires Al-Mn ou avec d'autres éléments d'alliage. Par conséquent, la plupart des alliages d'aluminium contiennent du manganèse.

Élément zinc (Zn)

Dans la série des alliages aluminium-zinc, à 275°C, la solubilité du zinc dans l'aluminium est de 31,6%, diminuant à 5,6% à 125°C. Lorsque le zinc est ajouté seul à l'aluminium, il n'apporte qu'une amélioration limitée de la résistance dans des conditions de déformation et a tendance à provoquer une fissuration par corrosion sous contrainte, ce qui limite son application.

L'ajout simultané de zinc et de magnésium à l'aluminium pour former la phase de renforcement Mg/Zn2 renforce considérablement l'alliage. L'augmentation de la teneur en Mg/Zn2 de 0,5% à 12% améliore considérablement les résistances à la traction et à l'élasticité. Dans les alliages d'aluminium très durs où la teneur en magnésium dépasse les exigences de formation de la phase Mg/Zn2, le rapport zinc/magnésium est contrôlé à environ 2,7 pour maximiser la résistance à la corrosion fissurante sous contrainte.

L'ajout de cuivre aux alliages de base Al-Zn-Mg pour former des alliages de la série Al-Zn-Mg-Cu produit l'effet de renforcement le plus important parmi tous les alliages d'aluminium, ce qui en fait un matériau d'alliage d'aluminium essentiel dans l'aérospatiale, l'aviation et les industries énergétiques.

2. L'influence des oligo-éléments

Éléments de fer et de silicium (Fe-Si)

Le fer est ajouté comme élément d'alliage dans les alliages d'aluminium de forgeage de la série Al-Cu-Mg-Ni-Fe, tandis que le silicium est ajouté dans les alliages d'aluminium de forgeage de la série Al-Mg-S et dans les baguettes de soudure et les alliages de coulée aluminium-silicium de la série Al-Si. Le fer et le silicium sont des éléments d'impureté courants dans d'autres alliages d'aluminium, qui affectent considérablement les propriétés de l'alliage. Ils existent principalement sous forme de FeCl₃ et de silicium libre.

Lorsque le silicium dépasse le fer, la phase B-FeSiA13 (ou Fe2S2Al9) se forme, tandis que lorsque le fer dépasse le silicium, la phase α-Fe2SiAl8 (ou Fe3i2Al12) se forme. Des rapports inadéquats entre le fer et le silicium peuvent provoquer des fissures dans les pièces coulées, et un excès de fer dans l'aluminium moulé peut induire une fragilité.

Éléments de titane et de bore (Ti-B)

Le titane est un additif couramment utilisé dans les alliages d'aluminium, ajouté sous la forme d'alliages maîtres Al-Ti ou Al-Ti-B. Le titane forme du TiAl2 avec l'aluminium, agissant comme noyau de nucléation non spontanée pendant la cristallisation. Le titane forme du TiAl2 avec l'aluminium, agissant comme un noyau de nucléation non spontanée pendant la cristallisation, affinant à la fois les structures de coulée et de soudure. Dans les alliages de la série Al-Ti, la teneur critique en titane pour la réaction exothermique est d'environ 0,15%, et diminue à 0,01% en présence de bore.

Élément chrome (Cr)

Le chrome est un additif courant dans les alliages des séries Al-Mg-Si, Al-Mg-Zn et Al-Mg. À 600°C, la solubilité du chrome dans l'aluminium est de 0,8%, pratiquement insoluble à température ambiante.

Le chrome forme des composés intermétalliques métalliques tels que (CFe)Al7 et (CrMn)Al12, entravant les processus de nucléation et de croissance pendant la recristallisation, apportant un certain degré de renforcement à l'alliage, améliorant la ténacité et réduisant la susceptibilité à la fissuration par corrosion sous contrainte. Cependant, il peut augmenter la sensibilité à la trempe, ce qui se traduit par un film d'oxyde anodisé de couleur jaune. La teneur en chrome des alliages d'aluminium ne dépasse généralement pas 0,35% et diminue avec l'augmentation de la teneur en éléments de transition.

Élément strontium (Sr)

Le strontium est un élément tensioactif qui modifie le comportement des phases intermétalliques en métallurgie. Par conséquent, l'utilisation du strontium pour le traitement de modification améliore la plasticité de l'alliage et la qualité du produit final.

En raison de sa longue durée de modification effective, de ses excellents effets et de sa reproductibilité, le strontium a remplacé le sodium ces dernières années dans les alliages de coulée Al-Si. L'ajout de 0,015%-0,03% de strontium aux alliages d'aluminium extrudés transforme la phase β-AlFesi en α-AlFesi, réduisant ainsi le temps d'homogénéisation.

Il est essentiel de comprendre l'influence complexe de divers éléments dans les alliages d'aluminium pour optimiser les propriétés des matériaux et améliorer les performances dans tous les secteurs. Que vous travailliez dans l'aérospatiale, l'automobile, la construction ou tout autre domaine utilisant des alliages d'aluminium, l'exploitation de ces connaissances peut conduire à des innovations et à des progrès dans la conception des produits, les processus de fabrication et la qualité des produits finis. Contactez-nous dès maintenant : https://gree-ge.com/die-casting/