Qu'est-ce que l'aluminium 7075 ?
Aluminium 7075 Ce sont des métaux solides mais légers qui ont trouvé des utilisations dans presque tous les marchés. Un alliage est un mélange de métaux qui, ensemble, sont plus utiles que leurs composants pris séparément. Un métal de base (dans ce cas l'aluminium) peut être considéré comme “ amélioré ” par de petites quantités de métaux différents, appelés éléments d'alliage. Les alliages ont été inventés pour fournir des matériaux plus résistants, plus conducteurs et/ou plus résilients pour la conception de nouvelles idées, et ont révolutionné nos capacités en ingénierie. L'aluminium est un métal très courant qui possède de nombreux alliages utiles ; tant et si bien que l'Association de l'aluminium a défini des classes de ces alliages en utilisant un système de nommage numéroté basé sur les éléments d'alliage. Le sujet de cet article concerne la série 7xxx, ou alliages utilisant le zinc comme principal élément d'alliage, et son nom est alliage d'aluminium de type 7075. Les trois autres chiffres de son nom précisent les alliages individuels au sein de sa série (pour une explication plus approfondie de cette convention de nommage, voir notre article sur l'alliage d'aluminium 6061). Cet article vise à présenter les propriétés et utilisations de l'aluminium 7075, et à mettre en évidence ses forces en tant que matériau d'ingénierie.
Propriétés physiques de l'aluminium 7075
Aluminium 7075 est composé de 90,0% Al, 5,6% Zn, 2,5%Mg, 0,23%Cr et 1,6% Cu, bien que ces chiffres fluctuent nominalement en fonction des facteurs de fabrication. Sa densité est de 2,81 g/cm3 (0,102 lb/in³), ce qui est relativement léger pour un métal. La légèreté de l'alliage d'aluminium 7075 en fait l'un des alliages d'aluminium les plus résistants disponibles, ce qui le rend précieux dans des situations de haute contrainte. La teneur en cuivre de l'aluminium 7075 augmente sa susceptibilité à la corrosion, mais ce sacrifice est nécessaire pour obtenir un matériau aussi résistant et façonnable.
L'alliage d'aluminium 7075 peut être encore amélioré par la manière dont il est renforcé grâce à un procédé connu sous le nom de traitement thermique, parfois appelé “ trempe ”. Cette méthode utilise une chaleur élevée (300-500 ºC) pour reconfigurer la structure cristalline du métal afin de renforcer ses propriétés mécaniques globales, et peut littéralement faire ou défaire un matériau. Il existe de nombreuses méthodes de trempe de l'aluminium 7075, mais pour simplifier cet article, nous mettrons en avant l'alliage d'aluminium 7075 trempé T6 (7075-T6). Le 7075-T6 est une trempe courante pour les plaques et barres en aluminium ; cependant, il est important de savoir que chaque processus de trempe confère à l'aluminium 7075 ses propres valeurs et caractéristiques distinctes.
Propriétés mécaniques
La mesure de la résistance d’un matériau à la déformation est donnée par son module d’élasticité et son module de cisaillement. Le module d’élasticité pour l’aluminium 7075 est de 71,7 GPa (10 400 ksi), et son module de cisaillement est de 26,9 GPa (3900 ksi) (voir Tableau 1 pour un résumé). En général, cet alliage est solide et résiste bien à la déformation, ce qui le rend adapté aux applications nécessitant un métal à la fois robuste et léger.
Lorsqu'on spécifie une alliage, l'une des mesures les plus importantes est sa limite d'élasticité. La limite d'élasticité d'un matériau est définie comme la contrainte maximale (ou la force sur une certaine surface) que le matériau peut supporter sans se déformer de façon permanente. Il est plus facile de comprendre cela en utilisant une paille en plastique ; si vous pliez légèrement la paille, elle reprendra naturellement sa forme initiale. La contrainte de limite d'élasticité indique la quantité maximale de “ pliage ” qui peut être effectuée avant que la paille (ou le métal) ne reste pliée de façon permanente. L'alliage d'aluminium 7075 a une limite d'élasticité en traction de 503 MPa (83 000 psi), ce qui signifie qu'il faut une contrainte de 503 MPa sur un morceau d'alliage 7075 avant qu'il ne puisse plus revenir à sa forme d'origine. Cette valeur montre le grand avantage de l'alliage de l'aluminium, et pourquoi le 7075 est idéal pour des matériaux structuraux tels que les tubes en aluminium pour les cadres.
Un autre paramètre utile est la résistance ultime d’un matériau. Ce paramètre correspond à la contrainte maximale qui ne provoquera pas, comme mentionné ci-dessus, la “ rupture ” de la paille (en termes d’ingénierie, cela est connu sous le nom de “ point de fracture ”). Avant ce point de fracture, le matériau subira une déformation plastique (ou permanente), et ne retrouvera pas sa forme initiale. Cette valeur est utile dans les cas où ce type de déformation est possible, comme dans les applications à haut risque (militaire, gratte-ciel) où le 7075 est généralement utilisé. L’aluminium 7075 possède une résistance à la traction ultime de 572 MPa (83000 psi), ce qui est remarquablement élevé compte tenu de sa faible densité (voir Tableau 1 pour un résumé).
La résistance au cisaillement mesure la quantité maximale de contrainte de “ cisaillement ” qu’un matériau peut supporter avant de se déformer de façon permanente. Pour mieux comprendre ce qu’est la contrainte de cisaillement, n’hésitez pas à consulter notre article consacré à la législation de l’alliage d’aluminium 6061. La résistance au cisaillement de l’alliage d’aluminium 7075 est de 331 MPa (48000 psi, voir le Tableau 1 pour un résumé).
Type Aluminium 7075 est souvent utilisée dans l'industrie aérospatiale, ce qui a accru la préoccupation concernant la défaillance par fatigue. Un matériau peut encore échouer, même s'il subit une force bien inférieure à sa limite d'élasticité. Si cette contrainte est cyclique, c'est-à-dire que le matériau est périodiquement soumis à cette force suffisamment de fois, des microfissures peuvent apparaître, affaiblissant le matériau et finissant par le faire casser. La résistance à la fatigue est une mesure de la capacité d'un matériau à supporter ce chargement cyclique, et est utile pour les applications où une pièce fabriquée avec ce matériau est soumise à des cycles de chargement répétés (comme dans l'aéronautique ou les véhicules motorisés). La résistance à la fatigue de l'alliage d'aluminium 7075 est de 159 MPa (23 000 psi). Cette valeur est calculée sur 500 000 000 de cycles de chargement continu, périodique, en dessous de la limite d'élasticité, ce qui montre à quel point des forces plus faibles peuvent casser un alliage aussi résistant, avec suffisamment de temps (voir Tableau 1 pour un résumé).
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