Poudre d'aluminium 7075 : Un guide complet

Aperçu de la poudre d'aluminium 7075

La poudre d'aluminium 7075 est un alliage d'aluminium très résistant composé d'aluminium, de zinc, de magnésium, de cuivre et de petites quantités de silicium, de fer, de manganèse, de chrome et de titane. Il est largement utilisé dans les applications nécessitant un rapport poids/résistance élevé et une bonne résistance à la fatigue, comme les composants pour l'aérospatiale et l'aviation.

La poudre d'aluminium 7075 possède d'excellentes propriétés de résistance, une bonne résistance à la fatigue, une usinabilité moyenne et peut être traitée thermiquement. Elle peut être transformée par extrusion, forgeage ou laminage et est disponible sous différentes formes : poudre, tôle, plaque, barres et extrusions.

Quelques propriétés et caractéristiques clés de la poudre d'aluminium 7075 :

• Résistance et dureté élevées - Résistance à la traction de 510 à 570 MPa et dureté Brinell de 150 à 190.
• Bonne résistance à la fatigue - Environ 30-40% meilleure résistance à la fatigue que d'autres alliages d'aluminium de la série 7xxx comme le 7050.
• Léger - Sa densité de 2,81 g/cm3 le rend plus léger que les alliages d'acier.
• Traitement thermique - Peut être renforcé par des procédés de traitement thermique tels que la mise en solution, la trempe et le vieillissement artificiel.
• Bonne ténacité - Allongement de 11% dans une section de 50 mm.
• Bonne stabilité dimensionnelle - Ne souffre pas de problèmes d'écrouissage.
• Résistant à la corrosion - Résiste à la corrosion par exfoliation grâce à l'ajout de chrome.
• Soudable - Peut être soudé à l'arc au gaz tungstène et à l'arc au gaz métallique.
• Conductivité - La conductivité thermique est de 130 W/m-K et la conductivité électrique de 43% IACS.

Composition de l'aluminium 7075

L'aluminium 7075 appartient à la série 7xxx ou série Al-Zn-Mg-Cu des alliages d'aluminium à haute résistance. La composition typique est indiquée ci-dessous :

• Le zinc est le principal élément d'alliage qui confère une résistance grâce au durcissement par précipitation. Le magnésium et le cuivre contribuent également au durcissement par précipitation.
• Le chrome améliore la résistance à la corrosion fissurante sous contrainte.
• Le fer, le silicium, le manganèse et le titane sont présents en tant qu'impuretés.

La combinaison du zinc, du magnésium et du cuivre confère à l'acier 7075 une grande solidité tout en conservant une formabilité, une soudabilité, une usinabilité et une résistance à la corrosion adéquates.

Propriétés mécaniques de l'aluminium 7075

La poudre d'aluminium 7075 possède d'excellentes propriétés de résistance couplées à une bonne ténacité à la rupture. Les propriétés mécaniques à l'état recuit et à différents états de traitement thermique sont indiquées ci-dessous :

Tableau 1. Propriétés mécaniques de l'aluminium 7075

• Dans l'état recuit O, l'allongement est élevé alors que la résistance est faible.
• Dans l'état vieilli T6, la limite d'élasticité atteint 503 MPa et la résistance à la traction 572 MPa, tandis que l'allongement est de 11%.
• La trempe T7351 surannée présente également une résistance élevée et une ductilité réduite.
• Les températures inférieures à l'âge, comme T651 et T736, offrent un bon équilibre entre la résistance et la formabilité.

L'aluminium 7075 présente une excellente résistance à la fatigue, presque comparable à celle des aciers. Il présente une bonne ténacité à la rupture de 33 MPa√m à l'état T6. Il présente également une bonne résistance à la propagation des fissures.

Propriétés physiques

La poudre d'aluminium 7075 a une faible densité, une conductivité thermique et électrique élevée et une bonne résistance à la corrosion. Sa densité est de 2,81 g/cm3, soit près d'un tiers de celle des alliages d'acier.

Tableau 2. Propriétés physiques de l'aluminium 7075

La conductivité thermique est beaucoup plus élevée que celle des polymères, mais plus faible que celle de l'aluminium et du cuivre purs. Le taux de dilatation thermique est supérieur de 50% à celui de l'acier doux.

Caractéristiques d'usinage

L'aluminium 7075 a un taux d'usinabilité moyen de 65% par rapport à la facilité d'usinage du laiton.

• Tournage - Les outils de coupe en carbure sont recommandés. Les vitesses de coupe élevées et les faibles vitesses d'avance sont préférables.
• Fraisage - Il convient d'utiliser des fraises en carbure avec des angles d'hélice élevés. Le fraisage par grimpage donne une meilleure finition.
• Perçage - Les forets hélicoïdaux en acier rapide ou en carbure conviennent. Le contrôle des copeaux est important.
• Meulage - Les meules à liant résinoïde qui résistent à la charge sont efficaces. Utiliser beaucoup de liquide de refroidissement.
• Sciage - Des vitesses d'avance faibles avec des lames à dents fines permettent d'obtenir une finition lisse. Les systèmes d'air ou de brouillard facilitent le contrôle des copeaux.

L'ajout de soufre pour améliorer la rupture des copeaux peut encore améliorer l'usinabilité. Utiliser des installations rigides et des outils tranchants pour éviter l'écrouissage.

Soudabilité

L'alliage d'aluminium 7075 présente une assez bonne soudabilité si l'on suit les techniques appropriées -

• Le soudage à l'arc au gaz tungstène (GTAW) est couramment utilisé. L'alliage d'apport d'aluminium 4043 produit les soudures les plus solides.
• Le soudage à l'arc au gaz (GMAW) peut également être utilisé, mais l'apport de chaleur doit être minimisé afin de réduire la fissuration à chaud.
• Le soudage par résistance par points avec des électrodes tronconiques fonctionne très bien. Les interfaces de soudage doivent être soigneusement nettoyées.
• Le soudage par friction-malaxage peut produire des soudures à l'état solide de haute qualité dans toutes les températures de l'aluminium 7075.
• La zone affectée par la chaleur est plus molle que le métal de base. Le traitement en solution et le vieillissement rétablissent les propriétés.

Résistance à la corrosion

La poudre d'aluminium 7075 offre une bonne résistance à la corrosion générale dans l'atmosphère et dans l'eau douce.

• La fine couche d'oxyde en surface constitue une barrière efficace contre la corrosion dans les solutions neutres.
• Les éléments d'alliage tels que le zinc, le magnésium, le cuivre et le chrome assurent la résistance à la corrosion.
• L'ajout de chrome empêche la susceptibilité à la corrosion intergranulaire et à la corrosion par exfoliation.
• Mauvaise résistance aux solutions alcalines mais peut être améliorée par anodisation.
• Sensible à la corrosion fissurante sous contrainte dans certains environnements lorsqu'il est fortement sollicité.
• Sujet à la corrosion galvanique lorsqu'il est associé à des métaux plus nobles. Éviter le contact avec l'acier inoxydable.

Dans l'ensemble, l'aluminium 7075 présente une résistance à la corrosion satisfaisante pour la plupart des applications architecturales, marines et industrielles courantes.

Applications de l'aluminium 7075

La combinaison unique d'une grande solidité, d'un poids léger, d'une résistance à la fatigue et d'un coût raisonnable fait que l'aluminium 7075 convient à diverses applications exigeantes :

Tableau 3. Applications de l'aluminium 7075

Les applications aérospatiales représentent la majorité des utilisations en raison des exigences strictes en matière de résistance et de poids. Les extrusions et les pièces forgées en aluminium 7075 sont également utilisées pour les composants automobiles et les composants marins à haute performance.

Types de poudre d'aluminium 7075

La poudre d'aluminium 7075 est disponible en différents types en fonction du processus de production et des caractéristiques des particules :

Poudre d'aluminium 7075 atomisée

• Produit par atomisation de l'alliage d'aluminium 7075 en fusion en fines gouttelettes qui se solidifient en poudre.
• Particules de forme irrégulière avec une large distribution de taille de 10 à 180 microns.
• Utilisé dans la métallurgie des poudres pour fabriquer des composants par compactage et frittage.

Tableau 4. Spécifications de la poudre d'aluminium 7075 atomisée

Poudre d'aluminium 7075 atomisée au gaz

• Produit par atomisation de gaz inerte en particules sphériques très fines.
• Surface lisse, forme régulière et distribution étroite des tailles.
• Utilisé dans les procédés avancés d'AM métal comme la fabrication additive DMLS et SLM.

Tableau 5. Spécifications de la poudre d'aluminium 7075 atomisée au gaz

Paillettes d'aluminium 7075 fraisées

• Particules irrégulières ressemblant à des flocons, produites par le broyage de la poudre d'aluminium 7075.
• Particules floconneuses de grande surface utilisées dans les revêtements et les apprêts.
• Ils sont également utilisés comme additifs pour les carburants, les explosifs et les produits pyrotechniques.

Tableau 6. Spécifications des paillettes d'aluminium 7075 fraisées

Traitement de la poudre d'aluminium 7075

La poudre d'aluminium 7075 peut être transformée en composants finis à l'aide de méthodes telles que la métallurgie des poudres, la presse et le frittage, ainsi que les techniques de fabrication additive :

Traitement de la métallurgie des poudres

Les étapes typiques sont les suivantes :

• Le compactage - Pressage à froid suivi d'un pressage isostatique pour former des pièces vertes compactes avec une densité théorique de 65-90%.
• Frittage - Frittage sous vide à 600-650°C pendant 1-3 heures pour obtenir une porosité fermée et une densité de 95%.
• Infiltration - L'aluminium fondu est infiltré sous pression pour augmenter la densité à 99% ou plus.
• Traitement thermique - Traitement thermique de mise en solution suivi d'une trempe et d'un vieillissement pour obtenir les propriétés requises.

La métallurgie des poudres permet de produire des composants complexes de forme nette avec des tolérances étroites, ce qui évite les usinages inutiles.

Fabrication additive

La poudre d'aluminium 7075 est transformée en composants de pleine densité à l'aide de techniques de fusion sur lit de poudre :

• Frittage direct de métaux par laser (DMLS) - Utilise un faisceau laser focalisé pour fusionner sélectivement des couches de poudre sur la base d'un modèle CAO.
• Fusion sélective par laser (SLM) - La fusion complète permet d'obtenir des composants très denses avec une microstructure fine.
• Fusion par faisceau d'électrons (EBM) - Les taux de construction sont plus rapides, mais ils ne sont réalisés que sous vide.

L'AM permet de fabriquer des géométries complexes et légères avec des propriétés mécaniques et une utilisation des matériaux supérieures.

Offre et prix de la poudre d'aluminium 7075

Parmi les principaux fournisseurs mondiaux de poudre d'aluminium 7075, on peut citer

Tableau 7. Poudre d'aluminium 7075 fournisseurs et prix

• Le 7075 atomisé est la qualité la moins chère pour les applications de pressage et de frittage.
• La poudre atomisée au gaz pour l'AM est plus coûteuse en raison de la sphéricité et du contrôle de la taille.
• Les volumes minimums de commande peuvent varier de 25 kg à 500 kg en fonction du fournisseur.
• Les distributions granulométriques personnalisées et le contrôle étroit de la taille des particules requièrent un prix plus élevé.
• Les prix dépendent de la pureté, de la méthode de production, de la taille et du volume d'achat.

Comparaison avec d'autres alliages d'aluminium

L'aluminium 7075 est comparé ci-dessous à d'autres alliages d'aluminium populaires des séries 7xxx et 2xxx :

Tableau 8. Comparaison de l'aluminium 7075 avec d'autres alliages

• Le 7075 présente la meilleure combinaison de résistance, de ténacité, de soudabilité et de coût.
• Le 2024 est moins cher mais sa résistance et sa ténacité à la rupture sont inférieures.
• Le 7178 est le plus résistant, mais il est très cher et peu résistant.
• Le 6061 présente une bonne résistance à la corrosion et une bonne soudabilité, mais sa résistance est plus faible.
• Le 7050 est légèrement plus résistant que le 7075, mais sa résistance à la fatigue et sa ténacité sont moindres.

Pour la plupart des applications aérospatiales et de défense à haute résistance, le 7075 offre le meilleur équilibre entre les propriétés et le coût. Les secteurs de l'automobile et de l'ingénierie générale préfèrent également le 7075 pour sa facilité d'accès, son aptitude à l'usinage et son aptitude à l'anodisation.

Limites et inconvénients

Malgré ses atouts, l'aluminium 7075 présente également certaines limites :

• Plus sensible à la corrosion sous contrainte que certains autres alliages d'aluminium.
• Ténacité à la rupture inférieure à celle des alliages 2xxx comme le 2024 et le 2024.
• Moins résistant à la corrosion que les alliages de qualité marine 5xxx.
• Plus difficile à souder que les alliages d'aluminium des séries 4xxx, 5xxx et 6xxx.
• Ne convient pas aux applications à haute température (plus de 250°C).
• Beaucoup plus cher que les alliages comme l'aluminium 6061 et 5052.
• Nécessite un traitement thermique pour obtenir des propriétés optimales.

Poudre d'aluminium 7075 - FAQs

Q. Comment l'aluminium 7075 se compare-t-il à l'aluminium 2024 ?

A. L'aluminium 7075 présente une résistance, une dureté et une résistance à la fatigue plus élevées et une meilleure résistance à la corrosion sous contrainte que l'aluminium 2024. Sa ténacité à la rupture et sa formabilité sont moindres. Le 7075 contient également des quantités plus importantes d'éléments d'alliage, ce qui lui confère un coût supérieur de 30-40% à celui de l'aluminium 2024.

Q. Les tempéraments 7075-T6 et 7075-T651 sont-ils identiques ?

A. Non. T6 fait référence à l'état de vieillissement maximal qui donne une résistance maximale. Le T651 est légèrement sous-vieilli, ce qui lui confère une meilleure ténacité pour une résistance légèrement inférieure à celle du T6.

Q. Quelle est la teneur en zinc, en magnésium et en cuivre de l'aluminium 7075 ?

A. La composition typique est la suivante : zinc 5,1-6,1%, magnésium 2,1-2,9%, cuivre 1,2-2,0%. Le reste est constitué d'aluminium et d'autres éléments d'alliage mineurs tels que le chrome, le silicium, etc.

Q. L'aluminium 7075 peut-il être anodisé ?

A. Oui, l'aluminium 7075 peut être anodisé pour produire un revêtement d'oxyde qui améliore la résistance à la corrosion et à l'usure. L'anodisation dure permet d'obtenir une épaisseur de revêtement allant jusqu'à 75 microns, tandis que l'anodisation normale permet d'obtenir une épaisseur allant jusqu'à 25 microns.

Q. Quelle est la dureté de l'aluminium 7075-T6 ?

A. L'aluminium 7075-T6 a une valeur de dureté Brinell comprise entre 150 et 190. La dureté Rockwell correspondante est Rockwell B 95-105.

Q. L'aluminium 7075 est-il utilisé dans les avions ?

A. Oui, l'aluminium 7075 est largement utilisé dans les pièces structurelles des avions, telles que les peaux de fuselage, les ailes, les nervures et les cloisons. Son rapport résistance/poids élevé est essentiel pour réduire le poids des avions.

Q. Quelle est la différence entre les alliages d'aluminium 7075 et 7050 ?

A. La principale différence est que le 7075 a une résistance légèrement supérieure, tandis que le 7050 a une résistance à la corrosion sous contrainte légèrement supérieure. Le 7075 présente également une meilleure résistance à la fatigue. Globalement, le 7075 offre une meilleure combinaison de propriétés pour la plupart des applications.

Q. Comment la poudre d'aluminium 7075 doit-elle être stockée ?

A. La poudre d'aluminium 7075 doit être stockée dans des récipients hermétiques dans un environnement frais et sec. L'exposition à l'humidité peut entraîner une oxydation, tandis que les températures extrêmes peuvent affecter les propriétés de la poudre et sa fluidité. La durée de conservation est de 1 à 2 ans dans des conditions de stockage idéales.

Conclusion

La poudre d'aluminium 7075 est un alliage d'aluminium léger et durable, doté d'excellentes propriétés de résistance, qui convient aux applications exigeantes de l'aérospatiale, de l'aviation, de la défense et des automobiles de haute performance. Sa bonne usinabilité, sa soudabilité et sa résistance à la corrosion permettent également de l'utiliser dans des applications d'ingénierie générale. Un examen attentif de ses points forts et de ses limites par rapport à d'autres alliages d'aluminium peut aider à identifier la solution la mieux adaptée à des exigences de conception spécifiques.