Les alliages d'aluminium pour fonderie sont des alliages dont le constituant principal est l'aluminium, destinés à être transformés par des techniques de fonderie. Ils sont souvent nommés « alliages légers » du fait de leur masse volumique nettement inférieure à celles d'autres métaux utilisés dans l'industrie. Ils sont à distinguer des alliages d'aluminium pour corroyage.

Parfois qualifiés de fonte d'aluminium en raison du mode d'obtention des pièces réalisées, il s'agit d'un abus de langage, car leur composition n'a rien à voir avec la fonte, qui est un alliage ferreux. Une pièce de fonderie en alliage léger est une pièce en aluminium moulé.

Désignation

Désignation européenne CEN Désignation numérique Comme pour les alliages d'aluminium pour corroyage, il existe plusieurs modes de désignation, dont une numérique (EN 1780-1). Il s'agit d'une désignation à 5 chiffres dont le premier suit la même règle que celle qui codifie les alliages pour corroyage. Pour les plus employés :

+ Séries d'alliages Désignation Élément d'alliageprincipal Phase principale présentedans l'alliage Série 20000 2xxxxCuivre (Cu) AlCu - AlCuMg Série 40000 4xxxxSilicium (Si) - Série 50000 5xxxxMagnésium (Mg) AlMg Série 70000 7xxxxZinc (Zn) MgZn

Le deuxième chiffre indique le groupe de l'alliage. Cette notion de groupe est utilisée pour les alliages normalisés (EN 1706). Chaque groupe présente un ensemble de caractéristiques mécaniques ou physiques similaires. Par exemple, les alliages du groupe AlSi ont une composition proche de l'eutectique aluminium-silicium (12,6 % en masse), ce qui leur confère une excellente aptitude à la coulée.

+ Groupes d'alliages Désignation Famille Exemple21xxxAlCu2110041xxxAlSiMgTi4100042xxxAlSi7Mg4220043xxxAlSi10Mg4320044xxxAlSi4410045xxxAlSi5Cu4540046xxxAlSi9Cu4650047xxxAlSi(Cu)4700048xxxAlSiCuNiMg4800051xxxAlMg5120071xxxAlZnMg71000

Désignation basée sur les symboles chimiques Il existe aussi une désignation dite « chimique » ou « symbolique », elle aussi normalisée (EN 1780-2). Elle reprend les symboles des constituants de l'alliage, suivis, pour les principaux, de leurs proportions dans l'alliage. Cependant, ces proportions sont indiquées en pourcentage massique, il ne s'agit donc pas d'une véritable formule chimique.

Exemple : Al Si5Cu3Mg : alliage contenant (environ) 5 % de silicium, 3 % de cuivre et moins de 1 % de magnésium.

Désignation complète Les normes prévoient que la désignation numérique ou symbolique soit précédée par :

EN qui signifie que l'appellation est conforme aux normes européennes la lettre A (aluminium) une lettre représentant la forme du produit : B : lingot C : pièce moulée M : alliage mère (alliage qui sera réutilisé pour l'élaboration d'autres alliages pour fonderie ou écrouissage) un tiret

Exemple : EN AC-21000 EN AC-Al Cu4MgTi

Représentent un alliage de fonderie base aluminium conforme aux normes CEN comportant entre autres 4,20 à 5,0 % de cuivre, 0,15 à 0,35 % de magnésium et 0,15 à 0,30 % de titane (voir composition complète).

La désignation complète est assez peu utilisée.

Désignation métallurgique française Il existe enfin une désignation métallurgique, utilisée traditionnellement en fonderie et définie par l'ancienne norme française NF A 02-004. Cette désignation est encore aujourd'hui la plus employée en France, bien que la norme dont elle est issue ne soit plus d'actualité.

Cette désignation est une simplification de la désignation chimique dans laquelle chaque élément est repéré par une seule lettre au lieu de deux, cette lettre n'étant pas obligatoirement la première du symbole chimique (afin de différencier certains éléments comme le manganèse [Mn : M] et le magnésium [Mg : G], par exemple).

Le tableau ci-dessous indique les symboles des principaux constituants des alliages d'aluminium utilisés en fonderie :

Élément Aluminium Bore Chrome Étain Magnésium Cobalt Manganèse Nickel Silicium Titane Cuivre Zinc Symbole chimique Al B Cr Sn Mg Co Mn Ni Si Ti Cu Zn Symbole métallurgique A B C E G K M N S T U Z

Exemple : suivant ces trois conventions, le même alliage d'aluminium contenant (environ) 7 % de silicium et 0,6 % de magnésium est désigné 42200, AlSi7Mg0,6, ou A-S7G06.

Les spécifications de chaque alliage sont définies par la norme EN 1676 (norme française homologuée NF EN 1676).

Dans la désignation métallurgique française, utilisée dans le reste de l'article, les alliages cités seront suivis de leur désignation numérique internationale entre parenthèses), les 4 séries citées dans le premier tableau sont : Les AU pour les alliages aluminium-cuivre, Les AS pour les alliages aluminium-silicium, Les AG pour les alliages aluminium-magnésium, Les AZ pour les alliages aluminium-zinc.

Rôle des principaux constituants L'aluminium (Al) - A L'aluminium est le principal composant de ces alliages. Sa proportion est généralement comprise entre 84 % pour un A-S12UN (48000) et 97 % pour un A-S2GT (41000). C'est un métal dont la découverte est relativement récente (), il a été exposé comme « nouveau métal » lors de l'Exposition universelle de Paris de 1855 Historique de l'aluminium - Lycée Polyvalent Galilée.

Il est obtenu industriellement par réduction électrolytique, à partir de l'alumine (oxyde d'aluminium AlO), elle-même extraite de la Bauxite.

Il a particulièrement participé au développement de tous les moyens de transport modernes et en particulier de l'aéronautique, principalement à cause de sa légèreté (densité d'environ 2,7) qui permet d'obtenir, à volume égal, des pièces environ trois fois moins lourdes que si elles étaient réalisées en acier ou en cuivre ; alliée à une très bonne résistance à la corrosion Techniques de l'Ingénieur - Corrosion des alliages d'aluminium Centre de documentation PROMETO - Aluminium. C'est cependant un métal relativement « mou ».

L'utilisation d'aluminium en alliage avec les autres éléments qui sont cités ci-dessous est destinée en grande partie à améliorer ses caractéristiques mécaniques Techniques de l'Ingénieur - Propriétés générales des groupes d’alliages d’aluminium de fonderie . Divers éléments entrent dans la composition d'un alliage d'aluminium : plus de vingt sont mesurés lors de l'analyse spectrométrique d'un alliageEn base aluminium, un appareil comme le SPECTROMAX permet l'analyse des 26 éléments suivants :Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Zn, Ni, Cr, Pb, Sn, Ti, Ag, B, Be, Bi, Ca, Cd, Na, P, Sr, Li, Zr, Co, V, Ga & Al. Certains sont des éléments d'apport et d'autres des impuretésSont considérés comme des impuretés les éléments présents dans un alliage du fait de son mode de fabrication, et qui ne sont pas gênants dans la mesure où leur proportion est inférieure à un certain seuil.. Dans les normes définissant les différents alliages (NF EN 1676 par exemple), il existe un minimum et un maximum les éléments qui caractérisent l'alliage, et uniquement un maximum pour les impuretés.

Le cuivre (Cu) - U Le cuivre contribue fortement à l'amélioration des caractéristiques mécaniques des alliages et améliore considérablement les aptitudes à l'usinage des pièces réalisées, y compris dans le cas où elles ne sont pas traitées thermiquementTechniques de l'Ingénieur - Fonderie et moulage des alliages d'aluminium - Date de publication : 10 juillet 1990 - Référence M810A . À l'inverse, le cuivre est défavorable à la tenue à la corrosion de la pièce, à l'état trempé et vieilli de la pièce à cause de la présence de précipités cathodiques par rapport à la matrice. Une protection de surface (peinture, anodisation) est souvent nécessaire.

De plus, les alliages aluminium-cuivre, dans lesquels la teneur en silicium est très faible, sont assez facilement sujets à la crique (amorce de rupture) si le refroidissement des fonderies est mal contrôlé, ou bien lors du traitement thermique si certaines précautions ne sont pas prises (éviter que les pièces se touchent entre elles, notamment)AMS-H-6088 : Heat treatment of aluminium alloys.AMS 2770 : Heat treatment of wrought aluminium alloy parts..

Les AU (série 20000) sont des alliages délicats en fonderie, mais très appréciés des usineurs, lorsque les fonderies sont bien réalisées. Les pièces réalisées dans cette série d'alliage sont très souvent des pièces soumises à des contraintes mécaniques importantes et, de ce fait, font presque toujours l'objet d'un traitement thermique.

Le silicium (Si) - S Le silicium est présent dans la majorité des alliages pour fonderie. Sa principale caractéristique est d'améliorer la coulabilité du métal et, par conséquent, de limiter les risques de criques.

Par le passé, les alliages à fort pourcentage de silicium étaient les préférés de fondeursOn recherchait particulièrement les alliages proches de l'eutectique Al-Si (12,6 % m/m), mais le moulage en sable à prise chimique a permis d'obtenir la majeure partie des pièces avec des teneurs en silicium plus faibles. Aujourd'hui, des alliages à fort pourcentage de silicium sont préférés pour obtenir des pièces aux formes complexes et fines, par exemple des carcasses de générateur comportant de nombreuses ailettes de refroidissement.

En revanche, le silicium diminue l'usinabilité de la pièce, et rend plus difficile le traitement anodique de décoration.

Le magnésium (Mg) - G Le magnésium est le principal agent d'amélioration des caractéristiques mécaniques des alliages d'aluminium. Il est présent, en proportions plus ou moins importantes, dans de nombreux alliages.

Lors de la fusion qui précède la coulée des pièces, sa concentration a tendance à diminuer avec le temps, ce qui rend nécessaire le réajustement régulier de la teneur en magnésium de l'alliageLors de la fusion aux températures habituelles, le magnésium a tendance à s'évaporer Oxydation d'un alliage aluminium-magnésium à l'état liquide... Des analyses spectrométriques du contenu du four sont donc réalisées périodiquementEn règle générale, avant chaque coulée, le fondeur effectue une analyse, puis une correction en magnésium, et enfin une seconde analyse permettant de valider la correction..

Le zinc (Zn) - Z Le zinc augmente les caractéristiques mécaniques de l'alliage. Dans une nettement moindre mesure que le cuivre, le zinc diminue un peu la tenue à la corrosion.

Le titane (Ti) - T, et le bore (B) - B Le titane entre, lui aussi, dans la composition de nombreux alliages. Sa principale propriété est d'affiner le grain du métal, ce qui a aussi une influence bénéfique sur les caractéristiques mécaniques.

Bien que les alliages disponibles sur le marché contiennent déjà du titane, certains fondeurs en ajoutent, additionné d'un peu de bore, un peu avant de couler les pièces, pour améliorer l'affinage. Cet ajout peut notamment se faire sous la forme de baguettes d'A-T5B1 (alliage mère à environ 5 % de titane et 1 % de bore). La quantité d'A-T5B1 à ajouter est contrôlée, comme la teneur en magnésium, par une spectrométrie.

L'antimoine (Sb), le sodium (Na) et le strontium (Sr) Ces trois éléments ont des propriétés analogues lorsqu'ils sont incorporés à un alliage aluminium-silicium, mais ne doivent pas être mélangés. Ils permettent la modification de la structure de l'eutectiqueAtlas métallographiques et Atlas de micrographie quantitative (différents ouvrages par type d'alliage) - Éditions Techniques des Industries de la Fonderie (ETIF). L'ajout d'antimoine est appelé « préaffinage »Aluminium Pechiney - Affimet : « Les alliages de moulage » (mars 2000).