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Chapitre. I.1 Aluminium et ses alliages partie I 1 CHAPITRE I.1 - ALUMINIUM ET

Chapitre. I.1 Aluminium et ses alliages partie I 1 CHAPITRE I.1 - ALUMINIUM ET SES ALLIAGES I.1.1 – HISTORIQUE : A l’état naturel, l’aluminium pur n’existe pas. Très abondant dans la nature, ce métal se présente surtout sous formes d’hydroxydes. Après sa découverte en 1808 par le physicien anglais Humphrey DAVY (1778-1829), l’aluminium fut isolé pour la première fois en 1825 par le chimiste danois Hans OERSTED lors d’une réaction chimique impliquant un amalgame du potassium. Le chimiste allemand Friedrich WOHLER améliora le procédé d’Oersted en utilisant le potassium métallique entre 1827et1845.l’aluminium a connu un développement spectaculaire en 1854 Symbolisée par la Présentation à l’Académie des sciences, par le chimiste français Sainte-Claire Deville, d’un petit lingot réalisé par voie chimique. Mais le véritable début du développement industriel de l’aluminium et ses alliages se produit en 1886 avec l’invention du procédé d’électrolyse de L’aluminium par Paul Héroult en France et Charles Martin Hall aux États-Unis. L’aluminium est aujourd’hui le premier métal non ferreux; en tonnage, il a supplanté l’étain dans les années 1920, le plomb dans les années 1940, le zinc Puis le cuivre dans les années 1950. I.1.2 - FABRICATION DE L’ALUMINIUM : L'aluminium est un métal très répandu sur la terre, c’est le troisième élément après l'oxygène et le silicium. Les bauxites qui sont des roches riches en aluminium (la composition moyenne est de 55% d’Al2O3, 5% SiO2, 15% Fe2O3 et 25 % de perte au feu), constituent actuellement la source quasi exclusive de ce métal. I.1.2.1 - Production d’alumine : L'alumine est extraite de la bauxite par le procédé Bayer : la bauxite est broyée puis attaquée à chaud par de la soude. On obtient une liqueur qui après séparation désoxydes de fer et de silicium est envoyée dans des décomposeurs pour précipitation de l'alumine. I.1.2.2 - Production de l’aluminium : L'aluminium est produit par électrolyse de l'alumine dans de la cryolithe (Na3AlF6) fondue, à environ 1000°C dans une cuve comportant un garnissage intérieur en carbone. L'aluminium se dépose au fond de la cuve avec un titre de 99,7% (les principales impuretés étant le fer et le silicium). L'aluminium de la première fusion contient le fer de 0.1%, qui est inférieur à la limite de la solubilité du fer en aluminium à la température ambiante. D’ailleurs Chapitre. I.1 Aluminium et ses alliages partie I 2 peu de produits sont élaborés à partir de l'aluminium de la première fusion, une grande quantité d'alliages de recyclage sont utilisés pour la fabrication de produits, ceci augmente la teneur du fer en alliages d'aluminium. Les phases riches de fer représentent un site favorable pour les réactions cathodiques et de formation des piqûres. Le fer est plus noble que l'aluminium, sa présence dans une solution solide d'aluminium affecte la cinétique de la dissolution constitue un facteur significatif de la corrosion dans les alliages d'aluminium. Plusieurs procédés de raffinage permettent d'obtenir un titre plus élevé sachant que pour fabriquer une tonne d'aluminium, il faut deux tonnes d'alumine et quatre tonnes de bauxite. I.1.3 - PRINCIPALES PROPRIETES DE L’ALUMINIUM : I.1.3.1 - Propriétés physiques : L’aluminium est un élément du troisième groupe du tableau de Mendeleïev. Son nombre atomique Z=13, sa masse atomique M=26,98 sa température de fusion est 660Co et celle d’ébullition est 2500Co, son réseau est cubique à faces centrées de paramètre a= 4,0412 Aº. L’aluminium a une bonne conductivité thermique et électrique, sa masse volumique est de 2699 kg/m3 pour un titre de 99,95%, cette valeur est légèrement modifiée par d’autres éléments. Sa caractéristique physique la plus importante est sa faible densité: 2,7g/cm3. [1], [3] I.1.3.2 - Propriétés mécaniques : L’aluminium pur est très bien déformable à froid et à chaud, très ductile, ce qui facilite son usinage et sa mise en forme et cela grâce à sa structure CFC. Les caractéristiques mécaniques de l’aluminium pur sont: - Le module d’élasticité est de 66,6 GPa, autant que des impuretés en présence et les éléments d’addition, cette valeur augmente, - Le coefficient de poisson varie de (0,33 - 0,35), - Le module de torsion est égal à 25GPa pour l’aluminium pur titré à 99.9% et de 26GPa pour l’aluminium commercial. I.1.3.3 - Propriétés chimiques : L’aluminium est un métal éminemment oxydable, il se distingue par sa résistance à la corrosion élevée du fait de la formation, à la surface, d’une couche protectrice d’alumine (Al2O3). Lorsque il y a contact de l’aluminium avec certain corps comme l’eau de mer et les solutions salines, cette couche d’alumine peut être altérée, l’oxydation de l’aluminium se poursuit alors très rapidement. Chapitre. I.1 Aluminium et ses alliages partie I 3 La plupart des acides minéraux attaquent l’aluminium surtout l’acide chlorhydrique, l’acide nitrique et les acides organiques. I.1.3.4 - Propriétés de mise en forme : La température de fusion de l’aluminium est relativement basse 660°C d’où une facilité de fusion qui représente un avantage pour les opérations de fonderie, il est très ductile, on peut facilement mettre en forme à l’état solide par déformation plastique. I.1.4 - ALLIAGES A BASE D’ALUMINIUM : A fin d’améliorer les mécanique de l’aluminium non allie à caractéristiques très réduite, on procède souvent à l’addition d’autres élément de nature différentes, ces élément entrent en solution solide est peuvent également être présent sous forme phase intermétallique. La composition des phases, leur finesse, répartition et cohérence avec la matrice d’aluminium, fragilité intrinsèque et stabilité thermique et mécanique sont également déterminantes pour les propriétés d’alliage d’aluminium. On distingue trois grandes catégories d’alliages d’aluminium I.1.4.1 - Alliages corroyés : Produits obtenus par les procédés de déformation plastique à chaud ou à froid tels que le filage, le laminage et le formage. I.1.4.2 - Alliages de moulage : Produits obtenus par fonderie par coulée en sable (moule en sable) ou en coquille (moule en fonte ou en acier) ou encore par coulée sous pression. I.1.4.3 - Alliages de frittage : Produits obtenus par la méthode de la métallurgie des poudres qui est une méthode révolutionnaire d’élaboration de pièces mécaniques. I.1.5 - CLASSIFICATION DES ALLIAGES D’ALUMINIUM : Suivant le mode de transformation des alliages on distingue: I.1.5.1 - Alliages de corroyage : Prévus pour l’obtention des demi-produits (tôles, plaques, feuillards, barres, profilés, tubes) ainsi que des pièces de forge et estampées produites par laminage forgeage et estampage Suivant l’aptitude au durcissement par traitement thermique on distingue: Chapitre. I.1 Aluminium et ses alliages partie I 4 - Alliages durcis par traitement thermique, - Alliages non durcis par traitement thermique. Suivant le processus par lequel les différents niveaux de caractéristique mécaniques sont obtenus, on distingue les alliages à durcissement structural (trempant) et les alliages non susceptibles de durcissement structural (non trempant). Ces alliages se montrent avec des bonnes résistances mécaniques, une bonne ductilité, une résistance à la propagation des fissures, appréciable résistance à la fatigue, résistant aux corrosions et ayant une bonne conductibilité électrique. Le rayon des alliages vari après corroyage - Composition des alliages corroyés La désignation, conforme à la norme Afnor NF EN 573 ainsi qu’aux spécifications internationales de l’Aluminium Association, est numérique à quatre chiffres dont le premier chiffres dont le premier (ou la série) à laquelle appartient l’aluminium ou l’alliage d’aluminium. Tableau I.1 - Familles d’alliages d’aluminium corroyés. Remarque : La lettre A (ou B) peut suivre les quatre chiffres de la désignation numérique, par exemple 2017A. Il s’agit alors d’une composition légèrement différente et spécifique à un (ou plusieurs) pays ou à un producteur. Chapitre. I.1 Aluminium et ses alliages partie I 5 I.1.5.2 - Alliages élaborés par frittage : Selon la méthode de la métallurgie des poudres, les alliages Al-Si, Al Mg et Al Cu, (Al Mg), de manganèse + nickel + chrome (Al Cu), constituent des alliages de fonderie qui possèdent aussi bien une coulabilité élevée. Un retrait relativement faible, une faible aptitude à la fissuration à chaud et porosité, de bonnes propriétés mécaniques et une résistance à la corrosion élevée. Pour affiner le grain et améliorer les propriétés mécaniques, on introduit des inoculant (Ti, Zr, B, C1, V.).Additionnés respectivement d’une faible quantité de cuivre + magnésium (AlSi), de silicium I.1.5.3 - Alliages de moulage : Ils sont utilisés en fonderie pour la fabrication des pièces obtenues par la coulée du métal liquide dans des moules en sable (moulage en sable), ou des moules en acier ou en Fonte (moulage en coquille). Par ce procédé, on élabore des pièces aux formes plus aux moins complexes : poignés de portes, blocs moteur…etc. -moulage en sable : Le métal se solidifie dans une cavité limitée par du sable comprimé ; les partie creuses sont obtenues des noyaux. Dans ce genre de moulage le refroidissement des pièces est lent. -moulage en coquille : la coquille est un métallique ayant la forme exacte de la pièce désirée, le refroidissement des pièces dans ce genre de moulage est rapide. I.1.5.4 - Alliage de fonderie : Les alliages prévus pour les moulages de forme doivent posséder une coulabilité élevée, un retrait relativement faible, une faible aptitude à la fissuration à chaud et à la porosité et de bonnes propriétés mécaniques, une uploads/Industriel/ 9-chap-i-1-aluminium-et-ses-alliages-a-revoir-vue.pdf