L'alliage d'aluminium, qui est l'un des matériaux d'usinage les plus couramment utilisés, est largement répandu dans les domaines suivants Usinage CNCLes usines de fabrication de tôles, d'extrusion d'aluminium et de fabrication de tôles. Cela est dû à ses excellentes propriétés globales, notamment sa solidité, sa ténacité, sa résistance à la corrosion et son aptitude à l'usinage. Cet article présente principalement la résistance de l'aluminium d'un point de vue.
Quelle est la résistance de l'aluminium ? Tableau de résistance par alliage et par état de traitement
La résistance de l'aluminium dépend à la fois de la nuance de l'alliage et de son état de durcissement. L'aluminium pur présente une excellente ductilité et une excellente formabilité, mais une résistance relativement faible. Les éléments d'alliage et le traitement thermique peuvent améliorer considérablement ses propriétés mécaniques.
Le tableau suivant compare les valeurs typiques à température ambiante des alliages d'aluminium courants et de leurs états de trempe :
| Alliages d'aluminium et états de durcissement | Limite d'élasticité | Résistance à la traction | Élongation | Caractéristiques de résistance |
|---|---|---|---|---|
| 1100-O | 34 MPa | 90 MPa | 30% | Faible résistance et excellente formabilité |
| 5052-H32 | 193 MPa | 228 MPa | 12% | Résistance moyenne et excellente résistance à la corrosion |
| 6061-T6 | 276 MPa | 310 MPa | 12% | Équilibre entre résistance mécanique, usinabilité et résistance à la corrosion |
| 2024-T3 | 345 MPa | 483 MPa | 16% | Haute résistance mécanique et bonne résistance à la fatigue |
| 7075-T6 | 503 MPa | 572 MPa | 11% | Très haute résistance pour les structures légères |
Les alliages d'aluminium couvrent une large gamme de résistances. La résistance à la traction typique varie de 90 MPa pour l'alliage 1100-O à 572 MPa pour l'alliage 7075-T6.
Le recuit influe également sur les performances du matériau :
- O : entièrement recuit, présentant une faible résistance mécanique et une grande ductilité.
- H32 : écroui et stabilisé.
- T3 : acier traité thermiquement en solution, déformé à froid et vieilli naturellement.
- T6 : traitement thermique de mise en solution et vieillissement artificiel.
La résistance de l'aluminium doit donc être comparée en tenant compte à la fois de la nuance de l'alliage et de son état de traitement. Se contenter de comparer les nuances 5052, 6061 ou 7075 ne permet pas d'obtenir un résultat précis.
Ces valeurs constituent des données de référence types. Les décisions finales en matière de conception doivent tenir compte de la norme applicable, de la forme du produit, de son épaisseur, du sens du matériau et du certificat du matériau.
Comparaison de la résistance de l'aluminium 5052, 6061 et 7075
Pour les tempéraments les plus courants, le classement par intensité est le suivant :
7075-T6 > 6061-T6 > 5052-H32
La limite d'élasticité du 7075-T6 est environ 2,6 fois supérieure à celle du 5052-H32. La limite d'élasticité du 6061-T6 est supérieure d'environ 43% à celle du 5052-H32.
Cependant, la résistance n'est pas le seul critère de sélection :
| Alliage | Force relative | Formabilité | Résistance à la corrosion | Usinabilité | Meilleur pour |
|---|---|---|---|---|---|
| 5052-H32 | Moyen | Excellent | Excellent | Modéré | Tôles, réservoirs et pièces pour le secteur maritime |
| 6061-T6 | Haut | Modéré | Bon | Excellent | Pièces usinées par CNC, supports et châssis de machines |
| 7075-T6 | Très élevé | Limitée | Modéré | Bon | Aérospatiale et structures soumises à des charges élevées |
La nuance 5052-H32 offre une excellente formabilité, soudabilité et résistance à la corrosion par l'eau de mer. Elle est couramment utilisée pour la fabrication de pièces en tôle pliées ou embouties.
L'alliage 6061-T6 offre un bon équilibre entre résistance mécanique, usinabilité, résistance à la corrosion et coût. Il constitue un choix pratique pour les composants structurels usinés par CNC.
Le 7075-T6 offre la résistance la plus élevée des trois. Il convient aux pièces aérospatiales et autres structures légères soumises à des charges élevées.
En termes simples, optez pour l'alliage 5052-H32 pour le formage et la résistance à la corrosion, pour l'alliage 6061-T6 pour des performances CNC équilibrées, et pour l'alliage 7075-T6 lorsque la résistance mécanique est la priorité.
Quel est l'alliage d'aluminium le plus résistant ?
Le 7075-T6 est l'un des alliages d'aluminium les plus résistants couramment utilisés. Sa limite d'élasticité typique est de 503 MPa, tandis que sa résistance à la traction atteint 572 MPa. Il est largement utilisé pour les structures aérospatiales, les connecteurs soumis à des charges élevées et les composants de précision.
Parmi les alliages spéciaux, le 7068-T6511 présente une résistance supérieure à celle du 7075-T6511. Les valeurs typiques pour les produits extrudés sont les suivantes :
| Alliage et état de trempe | Limite d'élasticité | Résistance à la traction |
|---|---|---|
| 7068-T6511 | 683 MPa | 710 MPa |
| 7075-T6511 | 590 MPa | 640 MPa |
Ces valeurs s'appliquent à des produits extrudés comparables. Elles ne doivent pas être comparées directement aux données relatives aux tôles en 7075-T6, car la forme du produit, ses dimensions, son état de durcissement et le sens des fibres influent sur la résistance.
Le choix est clair :
- Optez pour l'alliage 7075-T6 pour les applications techniques nécessitant une résistance élevée et largement disponibles.
- Optez pour la référence 7068-T6511 pour les pièces spécialisées nécessitant une résistance encore plus élevée.
La résistance mécanique ne suffit pas à elle seule à déterminer l'adéquation d'un matériau. Il faut également tenir compte de la durée de vie en fatigue, de la ténacité à la rupture, de la résistance à la corrosion, de l'usinabilité, des méthodes d'assemblage et de la disponibilité du matériau.
Résistance spécifique et rapport résistance/poids de l'aluminium
La résistance spécifique indique le niveau de résistance d'un matériau par rapport à sa densité. Elle s'avère particulièrement utile pour comparer des matériaux destinés à des structures légères.
Utilisez cette formule en texte brut pour éviter les problèmes d'affichage :
Résistance spécifique = Résistance du matériau ÷ Densité
La résistance spécifique peut être calculée à partir de la limite d'élasticité ou de la résistance à la traction. La limite d'élasticité spécifique est plus pertinente pour évaluer la déformation permanente, tandis que la résistance à la traction spécifique concerne la rupture définitive.
| Alliage d'aluminium | Densité | Limite d'élasticité | Limite d'élasticité spécifique |
|---|---|---|---|
| 5052-H32 | 2,68 g/cm³ | 193 MPa | 72 MPa/(g/cm³) |
| 6061-T6 | 2,70 g/cm³ | 276 MPa | 102 MPa/(g/cm³) |
| 7075-T6 | 2,81 g/cm³ | 503 MPa | 179 MPa/(g/cm³) |
Le 7075-T6 n'est que d'environ 5% plus dense que le 5052-H32, mais sa limite d'élasticité est environ 2,6 fois supérieure. Il offre donc un rapport résistance/poids bien supérieur. L'alliage 6061-T6 offre un équilibre plus harmonieux entre résistance spécifique, usinabilité, résistance à la corrosion et coût.
La densité de l'aluminium est d'environ un tiers de celle de l'acier. L'aluminium à haute résistance permet donc de réduire le poids des composants tout en conservant la capacité de charge requise.
La résistance spécifique n'est qu'un critère de sélection parmi d'autres. Il convient également d'évaluer la rigidité, la résistance à la fatigue, la ténacité à la rupture, la résistance à la corrosion, la résistance à l'usure et la température de fonctionnement.
What Is the Difference Between Aluminum Strength and Stiffness?
Strength and stiffness are two properties that must be evaluated separately when selecting an aluminum alloy. Strength determines when a part undergoes permanent deformation or fracture under load and is commonly expressed by yield strength and tensile strength. Stiffness determines the amount of elastic deformation produced under load and mainly depends on the elastic modulus and the cross-sectional geometry of the part.
Common aluminum alloys typically have an elastic modulus of approximately 69–72 GPa. Although 6061-T6 et 7075-T6 differ significantly in strength, their elastic moduli are similar. This means that replacing 6061 with 7075 under the same dimensions and loading conditions can increase load-bearing capacity, but it will not substantially reduce the elastic deflection of the part.
If excessive deflection is the main issue in a bracket, beam, mounting plate, or thin-walled housing, simply selecting a stronger material will not solve the problem at its source. More effective methods include increasing the section thickness, shortening the cantilever length, adding reinforcing ribs, optimizing support locations, or changing the cross-sectional geometry.
Material selection can be evaluated according to the following principles:
- Preventing permanent deformation: Focus on yield strength and verify it against the actual load, safety factor, and locations of stress concentration.
- Preventing fracture: Focus on tensile strength, fracture toughness, fatigue performance, and the loading direction of the part.
- Limiting elastic deformation: Focus on elastic modulus, area moment of inertia, support configuration, and part geometry.
- Controlling weight: Compare the specific strength of the materials and the final part weight after meeting stiffness and strength requirements.
Therefore, selecting an aluminum alloy for a custom part should not be based solely on the grade with the highest strength. When structural stiffness is insufficient, the part geometry should be optimized first. When load-bearing capacity is insufficient, an alloy and temper with higher yield strength and better fatigue performance should be selected.
How Do Product Form and Temper Affect Aluminum Strength?
The mechanical properties of the same aluminum alloy grade cannot be treated as identical when it is supplied as plate, extrusion, bar, forging, or casting. The production method changes the grain structure, deformation direction, residual stress, and internal defect level of the material. Therefore, a drawing should specify more than simply “6061” or “7075”; it should also define the product form, temper, and applicable standard.
Sheet and plate: Rolling creates a distinct material orientation. Strength, elongation, and fracture toughness vary among the longitudinal, long-transverse, and short-transverse directions. The properties at the center of a thick plate may also be lower than those near the surface. For large load-bearing parts, the minimum properties specified by the applicable standard must be verified according to plate thickness and loading direction.
Extruded profiles: Extrusions are suitable for producing long parts with a constant cross-section, but wall thickness, cross-sectional complexity, and quench-cooling conditions affect the final properties. The properties of 6061-T6 and 6061-T6511 extrusions cannot be taken directly from plate data. The appropriate extrusion standard must be used to confirm their properties during procurement.
Les pièces forgées : Forging improves material density and directs the metal flow along the part profile, making it suitable for highly loaded connectors, aerospace structural components, and high-fatigue parts. Forging properties are directly related to forging direction, forging ratio, heat treatment, and specimen orientation.
Moulages : Cast aluminum alloys can form complex structures, but porosity, shrinkage, and oxide inclusions reduce fatigue strength and elongation. Pressure-containing parts and critical structural components must define the casting grade, heat-treatment condition, internal defect acceptance criteria, and nondestructive testing requirements.
Temper also significantly changes material performance:
- T6: Solution heat-treated and artificially aged to provide high strength. It is a common supply condition for 6061 and 7075 parts.
- T651: Based on the T6 temper with residual stress relieved by stretching. It is more suitable for thick plate and precision CNC parts that require extensive material removal.
- T6511: Commonly used for extruded bars and profiles, with stress relieved by stretching followed by straightening.
- T73, T7351, and T7451: Overaged tempers that reduce peak strength but improve the stress-corrosion resistance and dimensional stability of high-strength aluminum alloys such as 7075.
Engineering drawings should specify the “alloy grade + temper + product form + material standard.” For example, even though 6061-T651 plate and 6061-T6 extrusion share the same alloy grade, their guaranteed properties, residual stress levels, and machining stability are not identical.
Limite d'élasticité de l'aluminium
La limite d'élasticité est la limite de contrainte à laquelle un matériau métallique résiste à une légère déformation plastique. Pour les matériaux ne présentant pas de phénomène clair de limite d'élasticité, la limite d'élasticité est définie comme la contrainte correspondant à une déformation résiduelle de 0,2%. Lorsque la force extérieure dépasse cette valeur, la pièce subit une déformation permanente et se rompt ; en dessous de cette valeur, la déformation est récupérable.
La limite d'élasticité de l'aluminium pur est relativement faible, seulement de 7 à 30 MPa, alors que les alliages d'aluminium couramment utilisés de différentes qualités présentent des différences significatives dues au traitement thermique et au vieillissement. Par exemple, la limite d'élasticité du 6061-T6 est d'environ 241-276 MPa, celle du 7075-T6, un aluminium aérospatial à haute résistance, peut atteindre 503-505 MPa, et celle du 5052-H32 est d'environ 193 MPa. Les matériaux recuits ont généralement une résistance plus faible, ce qui constitue une base importante pour la conception structurelle et la sélection de l'usinage.
Comment calculer la limite d'élasticité de l'aluminium 6061 t6 ?
La limite d'élasticité de alliage d'aluminium 6061-T6 La limite d'élasticité de l'alliage d'aluminium 6061-T6 est mesurée par un essai de traction uniaxiale à température ambiante : une éprouvette standard est serrée sur une machine universelle d'essai des matériaux et étirée à une vitesse constante tout en enregistrant la courbe contrainte-déformation. Comme cet alliage ne présente pas de plateau d'élasticité évident, la méthode du décalage de 0,2% est utilisée pour déterminer la limite d'élasticité, c'est-à-dire la contrainte correspondant à une déformation résiduelle de 0,2%. Dans la pratique de l'ingénierie, cette valeur est souvent appelée limite d'élasticité. Limite d'élasticité de l'aluminium 6061 T6et s'exprime généralement comme suit Aluminium 6061-T6 Limite d'élasticité MPa.
Les données mesurées Aluminium 6061-T6 Limite d'élasticité MPa se situe généralement entre 241 et 276 MPa, et la norme largement reconnue du Aluminium 6061-T6 Limite d'élasticité MPa typique dans l'industrie est de 241 MPa. Cette valeur n'est pas seulement un indicateur de référence dans les normes des matériaux en alliage d'aluminium, mais aussi une base importante pour la conception de la structure mécanique, la vérification des contraintes, la sélection des fixations et la formulation des paramètres d'usinage CNC, affectant directement la stabilité dimensionnelle et la sécurité de la structure pendant le support de la charge, l'assemblage et l'utilisation à long terme.
La résistance à la traction typique de l'alliage d'aluminium 7075-T6 est d'environ 572 MPa, ce qui représente la contrainte de traction maximale qu'il peut supporter avant de se rompre. En tant qu'alliage d'aluminium à haute résistance de qualité aérospatiale, cette propriété le rend adapté à la conception de structures et aux applications d'usinage dans des conditions de charge et de contrainte élevées.
Le tableau suivant présente les paramètres de limite d'élasticité des alliages d'aluminium couramment utilisés.
| Alliage | Tempérer | Limite d'élasticité (MPa) | Valeur typique (MPa) |
|---|---|---|---|
| 3003 | H14 | 110-145 | ~125 |
| 5052 | H32 | 160-200 | ~193 |
| 5083 | H321 | 215-275 | ~240 |
| 6061 | T6 | 241-276 | 241 |
| 6063 | T6 | 160-200 | ~175 |
| 2024 | T3/T4 | 290-340 | ~320 |
| 7075 | T6 | 503-505 | ~505 |
Résistance à la traction de l'aluminium
La résistance à la traction de l'aluminium pur est relativement faible, généralement de l'ordre de 40 à 90 MPa, avec une résistance limitée, principalement utilisée pour les pièces structurelles non porteuses. Cependant, les différents alliages d'aluminium présentent des différences significatives en termes de résistance à la traction après un traitement thermique ou un travail à froid. Parmi eux, la résistance à la traction typique du 6061-T6 est d'environ 260 MPa, offrant de bonnes propriétés mécaniques globales et une bonne usinabilité. Le 7075-T6, alliage d'aluminium à haute résistance pour l'aérospatiale, peut atteindre environ 572 MPa. En outre, l'alliage 5052-H32 couramment utilisé a une résistance d'environ 230 MPa, l'alliage 6063-T6 a une résistance d'environ 185 MPa et l'alliage 2024-T3 a une résistance d'environ 470 MPa. Les différences de résistance entre les grades déterminent directement leur applicabilité dans divers scénarios tels que les structures mécaniques, l'aérospatiale et les profils généraux.
Résistance à la traction de l'aluminium 6061
Le résistance à la traction de l'alliage d'aluminium 6061 varie considérablement en fonction des conditions de traitement thermique :
O (recuit) : la résistance à la traction est d'environ 124-193 MPa, avec une valeur typique de 152 MPa pour l'alliage d'aluminium 6061-O. Il est relativement doux avec une bonne ductilité, convenant au pliage, à l'estampage et aux pièces de formage complexes. Il est relativement souple et présente une bonne ductilité. Il convient au pliage, à l'emboutissage et aux pièces de forme complexes ;
État T4 : environ 214-276 MPa, avec une valeur typique de 241 MPa pour l'alliage d'aluminium 6061-T4. Il présente une résistance modérée et une bonne ténacité, et convient aux pièces structurelles nécessitant à la fois une bonne mise en forme et une charge moyenne ;
État T6 : 262-303 MPa, avec une valeur typique de 276 MPa pour l'alliage d'aluminium 6061-T6. Il s'agit de la meilleure combinaison de résistance mécanique et de résistance à la corrosion, et c'est l'état le plus couramment utilisé pour l'usinage.
Parmi les alliages d'aluminium couramment utilisés, la résistance à la traction du 6061-T6 est modérée, inférieure à environ 572 MPa du 7075-T6, supérieure à environ 185 MPa du 6063-T6 et légèrement supérieure à environ 230 MPa du 5052-H32.
Avec une solidité, une soudabilité, une résistance à la corrosion et une usinabilité équilibrées, l'aluminium 6061 est largement utilisé dans les supports structurels, les pièces d'équipement d'automatisation, les corps de vanne, les brides, les composants de dissipation thermique, les pièces automobiles et les composants pneumatiques. Il s'agit d'un matériau d'aluminium d'ingénierie générale très rentable dans les scénarios nécessitant une certaine capacité de charge tout en conservant une facilité de traitement.
Résistance ultime à la traction de l'aluminium
La résistance ultime à la traction des alliages d'aluminium est identique à la résistance à la traction ; les deux font référence à la contrainte maximale que le matériau peut supporter avant de se rompre lors d'un essai de traction uniaxiale, divisée par la surface de la section transversale d'origine, avec l'unité MPa. Par conséquent, les valeurs typiques de la résistance ultime à la traction sont les mêmes que celles de la résistance à la traction. Vous trouverez ci-dessous les valeurs typiques de la résistance à la rupture (résistance à la traction) pour l'aluminium et les alliages d'aluminium courants :
| Série | Grade | Tempérer | Résistance ultime à la traction (MPa) |
| 1xxx (aluminium pur) | 1050 | O | 60-80 |
| 1050 | H18 | 140-170 | |
| 1060 | O | 60-80 | |
| 1060 | H18 | 130-160 | |
| 1100 | H14 | 110-140 | |
| Aluminium 3xxx (Al-Mn) | 3003 | O | 100-130 |
| 3003 | H14 | 140-170 | |
| 3004 | H32 | 210-250 | |
| Aluminium 5xxx (Al-Mg) | 5052 | O | 170-210 |
| 5052 | H32 | 210-260 | |
| 5052 | H34 | 230-280 | |
| 5083 | H112 | 270-310 | |
| 5083 | H321 | 300-350 | |
| Aluminium 6xxx (Al-Mg-Si) | 6061 | T4 | 240 |
| 6061 | T6 | 290-310 | |
| 6063 | T5 | 170-210 | |
| 6063 | T6 | 215-245 | |
| 6082 | T6 | 290-320 | |
| Aluminium 2xxx (Al-Cu) | 2017 | T4 | 380-420 |
| 2024 | T3 / T4 | 470-490 | |
| Aluminium 7xxx (Al-Zn-Mg-Cu à haute résistance) | 7075 | O | 220-240 |
| 7075 | T6 | 560-580 | |
| 7050 | T7451 | 540-590 | |
| Aluminium moulé | A356 | T6 | 220-240 |
| A380 | Tel que distribué | 310-330 |
Résistance à la rupture de l'aluminium
La résistance à la rupture (σk) correspond à la contrainte réelle au moment de la rupture finale lors d'un essai de traction, calculée comme le rapport entre la charge à la rupture Pk et la surface de section transversale réduite Ak après colmatage (σk = Pk/Ak). Elle est utilisée pour caractériser la résistance du matériau à la rupture. Pour les matériaux ductiles, étant donné que la capacité de charge a déjà commencé à diminuer après le collet, l'importance technique de la résistance à la rupture est relativement limitée ; pour les matériaux fragiles, étant donné que le collet ne se produit pratiquement pas, la résistance à la rupture est proche de la résistance à la traction. Par conséquent, dans la pratique, la résistance à la traction (σb) est généralement utilisée pour représenter la résistance à la rupture des matériaux.
D'après la relation contrainte-déformation, la résistance à la rupture correspond à la fin de la courbe, tandis que la résistance à la traction correspond au sommet de la courbe. Bien qu'il y ait une différence entre les deux, elles sont souvent simplifiées dans les applications d'ingénierie. Pour les alliages d'aluminium, la résistance à la rupture est fortement influencée par le type d'alliage et les conditions de traitement thermique, avec des valeurs typiques allant d'environ 70 MPa à 570 MPa. Par exemple, l'aluminium pur a une résistance d'environ 70-110 MPa, le 6061-T6 une résistance d'environ 290-320 MPa et le 7075-T6 une résistance d'environ 500-570 MPa. Si vous souhaitez en savoir plus sur la résistance à la rupture d'autres matériaux, nous vous invitons à consulter les pages suivantes. nuances d'alliages d'aluminium, Vous pouvez vous référer au tableau de résistance à la traction ci-dessus ou consulter les ingénieurs de Weldo.
Ce graphique montre la relation entre la résistance à la traction, la résistance à la rupture et la contrainte externe：
Résistance à la compression de l'aluminium
La résistance à la compression d'un alliage d'aluminium correspond à la contrainte de compression maximale que l'aluminium peut supporter avant qu'une déformation plastique importante ou un écrasement ne se produise sous la pression. La résistance à la compression de l'aluminium varie considérablement en fonction du type d'alliage, des conditions de traitement thermique, de la technologie de transformation et des conditions d'essai. Les cas suivants sont courants :
aluminium pur
L'aluminium pur (tel que la série 1xxx) a une résistance à la compression relativement faible. À température ambiante, la limite d'élasticité en compression est d'environ 7-110 MPa et il est sujet à la déformation plastique.
alliages d'aluminium courants
Alliage d'aluminium 6061-T6 : la limite d'élasticité en compression est d'environ 240-310 MPa à température ambiante, couramment utilisée dans les structures mécaniques et les composants automobiles.
Alliage d'aluminium 6063-T5/T6 : la limite d'élasticité en compression est d'environ 150-200 MPa, principalement utilisée dans les murs-rideaux, les portes et les fenêtres des bâtiments.
Alliage d'aluminium 7075-T6 : la limite d'élasticité en compression peut atteindre 500-600 MPa. Il est couramment utilisé dans l'aérospatiale et les domaines mécaniques haut de gamme.
alliages spéciaux ou à haute température
Certains composites à matrice d'aluminium (tels que les composites à matrice d'aluminium contenant une phase de renforcement Al₃Ti) peuvent atteindre une limite d'élasticité en compression de 938 MPa à 400℃, mais ces matériaux sont coûteux et sont principalement utilisés dans des environnements extrêmes.
Les nouveaux alliages entropiques à base d'aluminium (tels que Al₈₅Cu₅Li₄Mg₃Zn₃) ont une résistance à la compression supérieure à 1000 MPa à température ambiante, mais n'ont pas encore été largement appliqués.
Il convient de noter qu'en ingénierie réelle, la résistance à la compression de l'aluminium est affectée par des facteurs tels que la forme de la section transversale, le rapport d'élancement et les contraintes d'extrémité. Les composants élancés sont susceptibles de se déformer et la stabilité structurelle doit donc être prise en compte lors de la conception.
Voici les plages de référence de la résistance à la compression pour l'aluminium et les alliages d'aluminium courants après traitement thermique :
| Série | Grade | Tempérer | Compression Résistance (MPa) |
| Aluminium pur 1xxx | 1050 | O | 15-30 |
| 1050 | H18 | 140-150 | |
| 1060 | O | 15-30 | |
| 1060 | H18 | 130-140 | |
| 1100 | H14 | 90-110 | |
| Aluminium 3xxx (Al-Mn) | 3003 | O | 40-50 |
| 3003 | H14 | 120-140 | |
| 3004 | H32 | 180-200 | |
| Aluminium 5xxx (Al-Mg) | 5052 | O | 90-110 |
| 5052 | H32 | 190-210 | |
| 5052 | H34 | 210-230 | |
| 5083 | H112 | 140-160 | |
| 5083 | H321 | 210-240 | |
| Aluminium 6xxx (Al-Mg-Si) | 6061 | T4 | 140-160 |
| 6061 | T6 | 240-310 | |
| 6063 | T5 | 130-160 | |
| 6063 | T6 | 190-210 | |
| 6082 | T6 | 250-270 | |
| Aluminium 2xxx (Al-Cu) | 2017 | T4 | 240-270 |
| 2024 | T3/T4 | 320-340 | |
| Aluminium 7xxx haute résistance | 7075 | O | 90-110 |
| 7075 | T6 | 500-600 | |
| 7050 | T7451 | 460-490 | |
| Aluminium moulé | A356 | T6 | 160-180 |
| A380 | Tel que distribué | 150-170 |
Résistance à la fatigue de l'aluminium
La résistance à la fatigue de l'aluminium correspond à la contrainte maximale que les alliages d'aluminium peuvent supporter sans se rompre sous des charges répétées et cycliques. Si cette valeur est dépassée, le matériau se fissure progressivement et finit par céder après plusieurs cycles.
Elle est étroitement liée à la résistance à la traction du matériau : en général, la résistance à la fatigue des alliages d'aluminium est d'environ un tiers de leur résistance à la traction. Par exemple, pour un aluminium ayant une résistance à la traction de 300 MPa, la résistance à la fatigue est généralement d'environ 100 MPa. Seuls les alliages d'aluminium à haute résistance spécialement optimisés peuvent approcher la moitié de leur résistance à la traction.
Le tableau suivant est une référence rapide pour la résistance à la fatigue de l'aluminium et des alliages d'aluminium :
| Série | Grade | Tempérer | Résistance à la fatigue (10⁷ cycles) |
| 1xxx (aluminium pur) | 1060 | O (recuit) | 25-35 |
| 1060 | H18 (travaillé à froid) | 45-60 | |
| 5xxx (Al-Mg) | 5052 | H32 | 115-125 |
| 5083 | H112/H321 | 120-140 | |
| 6xxx (Al-Mg-Si) | 6061 | T6 | 95-100 |
| 6063 | T6 | 90-110 | |
| 2xxx (Al-Cu) | 2024 | T3/T4 | 100-120 |
| 2A12 | T6 | 95-110 | |
| 7xxx (ultra-haute résistance) | 7075 | T6 | 150-165 |
| Aluminium moulé | A356 | T6 | 70-85 |
autres facteurs influençant la résistance à la fatigue de l'aluminium
Des grains plus fins et une structure interne plus uniforme conduisent à une plus grande résistance à la fatigue.
Des surfaces plus lisses et des traitements tels que le grenaillage de précontrainte et le polissage, qui introduisent une contrainte de compression, peuvent améliorer de manière significative la résistance à la fatigue et réduire l'apparition de fissures.
Les conditions de chargement sont également cruciales : une plus grande variation des contraintes et une concentration plus importante des contraintes (comme les angles vifs et les trous) réduiront de manière significative les performances en matière de fatigue. En cas de charge à long terme et à cycle élevé, même lorsque la contrainte est bien inférieure à la limite d'élasticité, une défaillance par fatigue peut encore se produire.
Résistance au cisaillement de l'aluminium
La résistance au cisaillement d'un alliage d'aluminium correspond à sa capacité à résister au glissement transversal et à la rupture par cisaillement. En ingénierie, elle est généralement égale à environ 0,6 fois la résistance à la traction. Les valeurs suivantes sont des valeurs de référence pour les alliages d'aluminium courants :
résistance au cisaillement de l'aluminium 6061
Tempérament T6 : la résistance au cisaillement prévue est d'environ 115 MPa, et la résistance au cisaillement réelle mesurée peut atteindre 160-200 MPa.
Tempérament T4 : la résistance au cisaillement est d'environ 85-100 MPa.
Alliage d'aluminium 6063
Tempérament T6 : la résistance au cisaillement prévue est d'environ 85 MPa, et la résistance au cisaillement réelle mesurée est de 120-150 MPa.
Tempérament T5 : la résistance au cisaillement est d'environ 75-90 MPa.
Alliage d'aluminium 7075
T6 : la résistance au cisaillement est d'environ 180-220 MPa, l'une des plus élevées parmi les alliages d'aluminium courants.
Tempérament T751 : la résistance au cisaillement est d'environ 160-190 MPa.
Alliage d'aluminium 5052
État H32 : la résistance au cisaillement est d'environ 125-165 MPa, avec une bonne résistance à la corrosion et une résistance au cisaillement modérée.
O temper : la résistance au cisaillement est d'environ 100-120 MPa.
Alliage d'aluminium 2A04 (pour les rivets)
Résistance au cisaillement ≥275 MPa, adaptée aux applications de rivetage avec des charges de cisaillement élevées.
Il convient de noter que les valeurs ci-dessus sont des valeurs typiques. Dans la pratique, elles doivent être déterminées en fonction des spécifications du matériau, des procédés de traitement thermique et des conditions de service. Pour les profilés d'aluminium à rupture thermique, les normes nationales exigent une résistance au cisaillement supérieure ou égale à 40 MPa, et les spécifications industrielles exigent généralement une résistance supérieure ou égale à 45 MPa.
How Can Deformation Be Controlled During Machining?
Aluminum alloys have a relatively low elastic modulus and high thermal conductivity, making them sensitive to residual stress, clamping force, and material-removal sequence. Thin-walled housings, long plates, deep-pocket parts, and components subjected to extensive one-sided milling are prone to warping, twisting, wall-thickness variation, and hole-position deviation during machining.
Deformation mainly results from the following factors:
- Residual stress in the raw material: Rolling, extrusion, quenching, and straightening generate residual stresses within the material. When CNC machining disrupts the original stress balance, the part deforms in the direction of stress release.
- Asymmetrical material removal: Removing a large amount of material from only one side of a plate causes uneven stress release between the upper and lower surfaces, resulting in part bending.
- Excessive clamping force: Thin-walled areas may be flattened or straightened while clamped. After the fixture is released, the part springs back, causing dimensional and geometric tolerances to fall outside specification.
- Cutting heat and tool condition: Tool wear, poor chip evacuation, or unsuitable cutting parameters increase localized temperature and cutting forces, causing thermal deformation and surface tearing.
- Insufficient structural rigidity: Deep pockets, narrow ribs, long overhangs, and thin-walled structures are prone to vibration or tool deflection under cutting forces, resulting in uneven thickness and profile errors.
Precision aluminum parts should be machined in stages. Rough machining is performed first while leaving a uniform allowance. The part is then allowed to stabilize or undergoes stress-relief treatment when necessary, enabling part of the internal stress to dissipate. The machining datum is subsequently re-established before semi-finishing and finish machining. For flat parts, material should be removed symmetrically from opposing surfaces whenever possible to avoid machining directly to the final dimensions in a single operation.
Thin-walled parts require low-deformation fixtures, soft jaws, or dedicated support structures, with clamping force applied to rigid areas. Sharp cutting tools, stable cutting parameters, and effective chip evacuation must also be maintained to prevent cutting forces from increasing as the tools wear.
For parts requiring high dimensional stability, low-residual-stress materials in T651, T6511, T7351, or T7451 tempers should be prioritized. Final inspection must be performed after the part has been completely released from the fixture and returned to a stable temperature. Otherwise, the measurement results will not represent the part in its free state.
Why Does Welding Reduce the Strength of Aluminum Alloys?
The localized high temperature generated by welding changes the microstructure of the weld and heat-affected zone in aluminum alloys. For aluminum alloys strengthened through heat treatment or work hardening, welding disrupts the original strengthening effect. Therefore, the design strength of a welded joint cannot be based directly on the T6, T651, or H32 properties of the base material.
6xxx-series aluminum alloys: Alloys such as 6061-T6 are strengthened by magnesium-silicide precipitates. The welding thermal cycle dissolves or coarsens these strengthening precipitates in the heat-affected zone, creating a distinct softened region. Joint strength is normally controlled by the heat-affected zone rather than the unaffected base material.
5xxx-series aluminum alloys: Materials such as 5052-H32 and 5083-H116 primarily obtain their strength through work hardening. Welding heat causes recovery or localized annealing in the heat-affected zone, reducing hardness and strength. The welded joint can no longer be designed using the full strength of the original H temper.
2xxx- and 7xxx-series high-strength aluminum alloys: These materials are more sensitive to hot cracking, porosity, strength reduction, and stress-corrosion cracking during welding. Alloys such as 2024 and 7075 are generally unsuitable for conventional fusion-welded structures. Mechanical fastening, integral CNC machining, forging, or fully validated solid-state joining processes are more suitable for critical load-bearing components.
Weld-strength control must be addressed during the design stage rather than added after the part has been manufactured. Drawings should clearly specify the welding method, filler-wire grade, joint configuration, weld dimensions, permissible defects, inspection method, and whether post-weld heat treatment is required.
Post-weld heat treatment can restore part of the strength of heat-treatable aluminum alloys. However, repeated solution heat treatment and aging can cause dimensional changes, deformation, and additional costs, and not every large or complex assembly is suitable for complete heat treatment. Welded structures should therefore be calculated using the allowable strength of the welded joint, with the heat-affected zone positioned in a low-stress area.
When accepting custom welded aluminum parts, inspection should cover not only dimensions and appearance but also weld formation, porosity, cracks, lack of fusion, and softening in the heat-affected zone. Critical load-bearing assemblies require penetrant testing, radiographic testing, or mechanical-property verification in accordance with the drawing and applicable specifications.
Résumé de la résistance de l'aluminium
Cet article se concentre sur les propriétés mécaniques clés de l'aluminium et des alliages d'aluminium, en expliquant systématiquement les définitions, les valeurs typiques et l'importance technique de la limite d'élasticité, de la résistance à la traction, de la résistance à la compression, de la résistance à la fatigue et de la résistance au cisaillement. Il compare également les différences de performances des alliages couramment utilisés, tels que les alliages 6061, 7075 et 5052, dans diverses conditions de traitement thermique. Si vous souhaitez sélectionner le bon matériau d'aluminium ou si vous avez besoin de solutions d'usinage personnalisées, n'hésitez pas à nous contacter à l'adresse suivante contact nous pour des conseils professionnels et un devis rapide— nous nous engageons à vous proposer des solutions efficaces et fiables pour votre projet.