Fil en alliage d'aluminium offre une combinaison de propriétés que le fil d'aluminium pur et le fil de cuivre ne peuvent égaler à eux seuls : résistance à la traction significative, faible densité, bonnes performances électriques ou mécaniques selon la série d'alliage et résistance à la corrosion sans traitement de surface. Le compromis par rapport à l'aluminium pur est une légère augmentation du coût et, dans certaines séries, une légère réduction de la conductivité ; des compromis qui se justifient facilement dans les applications où la fatigue du fil, la capacité de charge ou le poids sont les principales contraintes de conception.
Trois séries d'alliages couvrent l'écrasante majorité des fils d'alliage d'aluminium commerciaux : la série 5xxx (Al-Mg), la série 6xxx (Al-Mg-Si) et la série 8xxx (Al-Fe). Chacun cible un équilibre différent de propriétés mécaniques et électriques, c'est pourquoi la spécification de l'alliage correct (et pas seulement du « fil d'aluminium ») est essentielle au stade de la conception.
Présentation de la série Alloy et en quoi elles diffèrent
Comprendre la classification des séries est le moyen le plus rapide de déterminer quel fil en alliage d'aluminium est approprié pour un cas d'utilisation donné.
Série 5xxx (Al-Mg) : haute résistance, non traitable thermiquement
La série 5xxx obtient sa résistance grâce au durcissement en solution solide et à l'écrouissage plutôt qu'au traitement thermique par précipitation. La teneur en magnésium varie généralement de 0,5 % à 5,5 %. Une teneur plus élevée en magnésium est directement corrélée à une résistance à la traction et à une limite d'élasticité plus élevées, mais réduit la ductilité et la facilité de formage à froid. Fil en alliage d'aluminium 5056 , avec environ 4,5 à 5,6 % de Mg, se situe près du sommet de la série en termes de force et est couvert en détail dans la section suivante. D'autres éléments tels que 5154 et 5356 sont largement utilisés comme fil de soudage MIG car leur composition correspond étroitement à celle des produits corroyés de la série 5xxx, minimisant ainsi la perte de résistance des joints de soudure.
Série 6xxx (Al-Mg-Si) : traitement thermique, bon équilibre de conductivité
Le fil en alliage d'aluminium 6201 est le produit dominant de cette série pour les applications électriques. Après étirage et traitement de trempe T81, le 6201 atteint une résistance à la traction minimale de 295 MPa avec une conductivité électrique d'environ 52,5 % IACS, suffisante pour les conducteurs de transmission aériens où la charge mécanique et le contrôle de l'affaissement sont critiques. Il est utilisé dans les câbles AAAC (All-Aluminium Alloy Conductor) précisément parce qu'il surpasse l'aluminium pur 1350 en termes de résistance tout en conservant une conductivité acceptable pour les lignes aériennes à longue portée.
Série 8xxx (Al-Fe) : qualité électrique à faible affaissement
Les alliages 8030 et 8176 incorporent du fer et parfois du silicium pour améliorer la résistance au fluage et à la traction par rapport à l'aluminium pur 1350, tout en maintenant une conductivité supérieure à 61 % IACS. Ces alliages constituent le choix standard pour les câbles de construction et les conducteurs de distribution de services publics où le fil doit être conforme aux normes NEC ou CEI et offrir une stabilité améliorée à long terme sous cyclage thermique.
Fil en alliage d'aluminium 5056 : Propriétés et applications
Fil en alliage d'aluminium 5056 est l'un des alliages d'aluminium non traitables thermiquement les plus résistants sous forme de fil. Sa composition nominale selon les normes AA et ASTM comprend 4,5 à 5,6 % de magnésium, 0,05 à 0,20 % de chrome et 0,05 à 0,20 % de manganèse, le fer, le silicium, le cuivre et le zinc étant maintenus à des valeurs maximales strictes pour préserver la résistance à la corrosion et la ductilité.
| Propriété | 5056-O (recuit) | 5056-H18 (complètement dur) |
|---|---|---|
| Résistance à la traction | 290 MPa | 435 MPa |
| Limite d'élasticité (0,2%) | 150 MPa | 405 MPa |
| Allongement | 35% | 2% |
| Densité | 2,64 g/cm³ | |
| Conductivité électrique | ~29% SIGC | |
La combinaison d'une résistance élevée à la traction et d'une faible densité confère au 5056 une résistance spécifique (rapport résistance/poids) qui rivalise avec certains fils d'acier doux à environ un tiers du poids. Sa conductivité électrique à ~ 29 % IACS est trop faible pour la transmission de puissance, c'est pourquoi le 5056 n'est pas utilisé comme fil conducteur : sa valeur réside entièrement dans les applications mécaniques.
Utilisations principales du fil en alliage d'aluminium 5056
- Dents de fermeture à glissière et composants de chaîne — Le 5056 est l'alliage dominant pour la fabrication de fermetures à glissière en aluminium dans le monde. Sa résistance résiste aux cycles mécaniques répétés sans déformer les dents, et sa réponse à l'anodisation produit des couches d'oxyde cohérentes et réceptives aux colorants dans tout le spectre de couleurs. YKK et d’autres grands fabricants de fermetures à glissière en dépendent comme matériau principal.
- Blindage tressé et tissé — L'état extra-dur H19 du fil 5056 est utilisé comme tresse sur les gaines de câbles dans les câbles militaires, aérospatiaux et marins où le blindage EMI doit résister à la flexion et aux vibrations sans rupture de fatigue.
- Fil de fixation et de rivetage — la tige et le fil étirés 5056 sont transformés en rivets aveugles pour les aéronefs et les assemblages structurels. La combinaison de résistance, de résistance à la corrosion et de compatibilité galvanique avec la tôle d'aluminium le rend préférable aux rivets en acier dans les structures à revêtement en aluminium.
- Moustiquaire et maille de filtration — le fil 5056 finement étiré tissé en treillis offre une meilleure résistance à la corrosion dans les environnements humides et côtiers par rapport aux alliages 3003 ou 1100, à un coût acceptable.
- Tresse d'armure pour flexibles et conduit flexible — Le fil 5xxx à haute teneur en magnésium est utilisé lorsqu'une couche de protection externe légère mais robuste est nécessaire sur les flexibles hydrauliques ou pneumatiques.
Fil en alliage d'aluminium haute résistance : Définir la catégorie
Fil en alliage d'aluminium à haute résistance ne fait pas référence à un seul alliage mais à un niveau de performance : des produits en fil métallique conçus pour dépasser de loin la résistance à la traction pouvant être obtenue avec de l'aluminium pur (généralement 80 à 100 MPa), ciblant généralement 250 MPa et plus en fonction de l'état et de l'application. Plusieurs familles d’alliages distinctes atteignent ce niveau :
- Fil écroui 5xxx-H1x (5056, 5154, 5183) — atteint 300 à 435 MPa par étirage à froid sans traitement thermique. Aucun durcissement par vieillissement n'est possible, la résistance est donc réglée dès l'étirage et est stable dans le temps.
- Fil traité thermiquement 6201-T81 — une résistance comprise entre 295 et 330 MPa avec une conductivité supérieure à 52 % IACS, la norme pour les conducteurs aériens AAAC.
- Fil série 7xxx (7075, 7150) — résistance à la traction jusqu'à 570 MPa sous forme de fil tréfilé, obtenue par durcissement par précipitation zinc-magnésium-cuivre. Utilisé dans les fils de fixation aérospatiaux et les applications structurelles hautes performances où les économies de poids par rapport à l'acier sont essentielles et le coût est secondaire.
La distinction entre ces familles est importante car la même résistance nominale à la traction atteinte par différents mécanismes présente des caractéristiques de stabilité différentes . Le fil écroui peut ramollir s’il est exposé à des températures supérieures à ~150°C. Le fil 7xxx durci par précipitation conserve sa résistance jusqu'à sa température de vieillissement, mais est sensible à la fissuration par corrosion sous contrainte dans des environnements de traction soutenue, à moins que l'état de vieillissement excessif T73 ne soit spécifié. Aucune de ces préoccupations ne s'applique au 6201 dans son application principale en tant que conducteur aérien.
Processus de tréfilage et comment il affecte les propriétés finales
Le fil en alliage d'aluminium est produit en étirant des tiges à travers une série de matrices en carbure de tungstène ou en diamant polycristallin de plus en plus petites, réduisant ainsi le diamètre par incréments contrôlés. Le degré de travail à froid appliqué, exprimé par la réduction de la section transversale depuis la tige de départ jusqu'au diamètre final du fil, détermine directement les propriétés mécaniques du fil fini.
Pour les alliages non traitables thermiquement comme le 5056, chaque passe d'étirage augmente la résistance à la traction et la dureté tout en réduisant l'allongement. Un fil étiré jusqu'à l'état H18 (entièrement écroui) aura subi une réduction suffisante pour atteindre la résistance maximale de cet alliage, au détriment de la ductilité. Les états intermédiaires (H12, H14, H16) représentent un écrouissage partiel et offrent des améliorations de résistance utiles tout en conservant un allongement suffisant pour les opérations de formage en aval telles que le tissage, le tressage ou la pose de rivets.
Les principaux contrôles de processus qui déterminent la qualité finale du fil comprennent :
- Angle de filière et rapport de réduction par passe — une réduction excessive par passe augmente les contraintes internes et le risque de défauts d'éclatement central dans les alliages à haute teneur en magnésium.
- Lubrification — du savon sec, une émulsion humide ou des lubrifiants à base d'huile sont sélectionnés en fonction de l'alliage, du matériau de la matrice et de la vitesse d'étirage pour contrôler l'usure de la matrice et la finition de surface.
- Recuit intermédiaire — pour les séquences de fils très fins ou d'emboutissage profond, un recuit contrôlé entre les passes restaure la ductilité et évite la rupture, puis l'étirage reprend jusqu'à la trempe cible.
- Qualité des surfaces — les coutures, recouvrements ou inclusions dans l'alimentation en tige se propagent dans les fissures du fil fini. La qualité de la matière première des barres, en particulier l'état de l'oxyde de surface et le taux d'inclusion, est un déterminant principal du rendement du fil dans la production de fil fin.
Résistance à la corrosion : ce que le fil en alliage d'aluminium peut et ne peut pas tolérer
Le fil en alliage d'aluminium forme une couche d'oxyde passive auto-cicatrisante lorsqu'il est exposé à l'air, lui conférant une bonne résistance générale à la corrosion atmosphérique sans traitement de surface. Cependant, la composition de l’alliage affecte considérablement les performances dans des environnements spécifiques :
- 5056 et autres alliages 5xxx à haute teneur en Mg — excellente résistance à l'eau de mer et aux atmosphères marines ; largement spécifié pour le matériel marin et le blindage des câbles sur les navires. Cependant, les alliages dont la teneur en magnésium est supérieure à ~3,5 % sont susceptibles d'être sensibilisés (corrosion intergranulaire) s'ils sont maintenus dans la plage de température de 65 à 175 °C pendant des périodes prolongées. Cela limite leur utilisation dans des environnements à température élevée et soutenue.
- Fil série 6xxx — bonne résistance à la corrosion générale et marine avec un risque de sensibilisation moindre. Le revêtement de conversion au chromate ou l'anodisation améliore encore les performances pour les applications structurelles aérospatiales et extérieures.
- Fil série 7xxx — la teneur en zinc qui confère une résistance élevée augmente également la susceptibilité à la fissuration par corrosion sous contrainte. Le fil 7075-T6 soumis à une tension soutenue dans des environnements humides peut se rompre à des contraintes bien inférieures à la résistance à la traction nominale ; La trempe T73 est le bon choix pour les applications structurelles où la corrosion sous contrainte constitue un risque. .
La compatibilité galvanique est également essentielle lorsque le fil en alliage d'aluminium entre en contact avec des métaux différents. Le contact direct avec le cuivre, le laiton ou l'acier en présence d'humidité accélère la corrosion de l'aluminium. Les connecteurs à manchon, les sertissages et les terminaisons dans les assemblages mixtes métalliques doivent incorporer des raccords de transition bimétalliques ou des manchons isolants.
Sélection du bon fil en alliage d'aluminium : un cadre décisionnel
L’alliage et l’état appropriés pour toute application de fil d’alliage d’aluminium peuvent être affinés en répondant successivement à une courte série de questions :
- La conductivité électrique est-elle requise ? Si oui, les options viables sont 6201-T81, 8030 ou 8176. Si non, la gamme complète d'alliages mécaniques est disponible.
- Quelle résistance à la traction est requise ? En dessous de 250 MPa : 5154 ou 5356 en trempe H1x sont rentables. 250 à 400 MPa : 5056-H18 ou 6061-T81. Au-dessus de 400 MPa : série 7xxx, acceptant les compromis en termes de coût et de corrosion sous contrainte.
- Le fil sera-t-il soudé ou utilisé comme consommable de soudage ? Si oui, le fil d'apport 5356 ou 5183 est le choix standard ; Le 5056 est également utilisé lorsqu'une résistance de soudure plus élevée est nécessaire pour les matériaux de base 5xxx.
- Le fil sera-t-il anodisé ou fini de manière décorative ? Le 5056 répond bien et produit des surfaces anodisées brillantes et uniformes. Les alliages 6xxx s'anodisent également bien. Les alliages 7xxx sont anodisés mais avec une consistance réduite en raison d'une teneur plus élevée en alliage.
- L'application est-elle soumise à des contraintes de traction soutenues dans un environnement corrosif ? Évitez les niveaux élevés de Mg 5xxx non sensibilisés à température élevée ; éviter le 7xxx-T6 ; spécifiez 7xxx-T73 ou passez aux alliages 6xxx.
- Un diamètre fin (<0,5 mm) est-il requis ? Les alliages 5056 et 6xxx sont régulièrement étirés à des épaisseurs fines pour les applications de trames et de tresses. Les alliages 7xxx sont moins couramment disponibles en diamètre très fin en raison de leur ductilité inférieure.
L'examen de ces critères avant de contacter les fournisseurs réduit le risque de recevoir du fil qui répond à une spécification nominale mais qui échoue en service en raison d'une inadéquation entre l'état, l'environnement et les conditions de charge.
