L'aluminium en aéronautique
Grâce à l'aluminium et à ses alliages, le poids de la structure d'un avion a été considérablement réduit. Aujourd'hui, le pourcentage des alliages d'aluminiums utilisés dans la construction des cellules d'avion avoisine les 80%. De par sa légèreté, et sa très bonne résistance à la corrosion, son utilisation est devenue majeure chez les grands constructeurs tels que Boeing et Airbus.
Les séries, et alliages d'aluminium
Séries 2000, aluminium + cuivre, ou Duralumins
Les alliages de cuivres sont ceux ayant les meilleures propriétés mécaniques. Mais aussi, ceux ayant une résistance à la corrosion très faible : lorsqu’on utilise du cuivre dans un alliage, ça va augmenter les propriétés mécaniques et la dureté de l’ensemble, mais aussi, mais aussi baisser la résistance à l’usure.
Le 2017 anciennement appelé en France duralumin sont utilisé pour ses bonnes aptitudes à l'usinage. Il a été découvert par le métallurgiste allemand Alfred Wilm en 1906 grâce à l'effet du vieillissement d'un alliage d'aluminium et de cuivre. En revanche ses caractéristiques mécaniques sont moyennes.
L’alliage 2024 a de meilleures caractéristiques mécaniques et de meilleures caractéristiques physiques grâce à un taux plus élevé en magnésium.
Sa haute résistance aux forces physiques et sa faible masse volumique permet d’avoir, dans les structures des avions, un bon rapport résistance-masse.
Séries 7000, aluminium + zinc, ou Zicrals
Les séries 7000 sont des alliages d’aluminium et de zinc, ayant de bonnes caractéristiques mécaniques. Après traitement ces alliages possèdes une très bonne résistance. Néanmoins, ces très bonnes caractéristiques sont obtenues à l’encontre de la résistance à la corrosion. Contrairement aux séries 2000, ce type d’alliage entraîne une baisse de certaines résistances mécaniques.
Ces alliages se divisent en deux groupes : les aluminium "7000" avec addition de cuivre et les "7000" sans addition de cuivre.
Avec addition de cuivre : Ce sont eux qui ont les meilleures résistances mécaniques (à l'état T6). Le sur-revenu (Les traitements thermiques dits de revenu font partie d'une famille de traitements ayant pour trait commun d'être toujours effectués à des température inférieures aux températures de transformations allotropique des métaux, lorsque celles-ci existent.)fait baisser les caractéristiques mécaniques d'environ 20 %.
L'alliage le plus connu de ce groupe est le 7075 utilisé en aéronautique mais aussi dans le domaine de l’armement, et des sports.
En les comparant avec les alliages sans cuivre, ils ont de moins bonnes caractéristiques mécaniques mais une meilleure résistance à la corrosion.
Ces alliages d’aluminium ont pour but d’avoir une bonne résistance à la corrosion mais aussi une bonne résistance mécanique, nécessaires à leur utilisation en aéronautique. En outre, certains alliages peuvent être améliorés par des traitements thermiques effectués par durcissement structural.
Informations générales de l'aluminium
Symbole : Al
Masse volumique : 2,70 g.cm-3
Dureté : 1,5
Applications : Fuselage, voilure, et ailerons
L’aluminium est un métal mou, léger, et résistant, avec un aspect argent-gris, dû à une mince couche d’oxydation qui se forme rapidement quand on l’expose à l’air et qui empêche la corrosion de progresser dans des conditions normales d’exposition chimiques. Ce film, composé d'alumine se forme très rapidement quand l’aluminium est mis en contact avec un milieu oxydant, comme l’oxygène de l’air. À la différence de la plupart des métaux, il est utilisable même s’il est oxydé en surface. On peut même dire que sans cette couche d’oxyde, il serait impropre à la plupart de ses applications.
L’aluminium a une densité (2,7) environ trois fois plus faible que celle de l’acier ou du cuivre ; il est malléable, ductile et facilement usiné et moulé.
Allier l'aluminium supprime sa couche d'alumine, et, de fait il perd en résistance à la corrosion. Aussi, bien que souple, il possède une résistance mécanique assez faible.
Le traitement thermique des alliages d’aluminium
Le traitement thermique de ces alliages est un procédé constitué de trois étapes.
La première étape, la mise en solution, s’effectue par augmentation de la température des pièces, placés dans un four, dont la température varie selon l’alliage que l’on veut produire. A cette température, il est beaucoup plus facile de mettre en solution différents éléments qui vont améliorer la structure du matériau.
Puis, dans un deuxième temps, les pièces sont placées dans un bac qui va refroidir et maintenir les constituants de l’alliage en place. Il faut que cette étape, appelée trempage soit rapide.
Enfin, la troisième étape de la maturation permet l’évolution souhaitée de la structure métallurgique, pour qu’elle obtienne les propriétés mécaniques souhaitées. Cette étape s’effectue à température ambiante et permet le durcissement de la pièce.
Le traitement thermique des alliages d'aluminium