Quelle est la différence entre l'aluminium 6061 et l'aluminium 3003 ?

Qu'est-ce que l'aluminium ?

Aluminium est le métal le plus abondant sur Terre, offrant aux scientifiques des opportunités nombreuses pour expérimenter avec lui dans le processus de création d'alliages.

Les alliages sont des métaux aux propriétés matérielles améliorées (résistance, durabilité, facilité de travail, etc.), fabriqués en ajoutant des éléments métalliques à un métal de base. Les alliages d'aluminium existent sous de nombreuses formes différentes en fonction de leurs composants d'alliage, et l'Association de l'Aluminium Inc. a organisé ces alliages en séries basées sur ces éléments d'alliage. Ces séries sont désignées par des noms à quatre chiffres, et cet article se concentre sur les séries 3xxx et 6xxx.

Les deux alliages en question – aluminium 6061 et 3003 – figurent parmi les choix d'aluminium les plus populaires, et à première vue, semblent interchangeables. Cet article espère différencier ces deux alliages en utilisant une comparaison de leurs propriétés matérielles, en mettant l'accent sur leurs avantages et inconvénients. À travers cette discussion, cet article définira les applications les mieux adaptées à ces deux alliages pour aider les concepteurs à faire des choix de matériaux plus éclairés pour leurs projets.

Alliage d'aluminium 6061

aluminium 6061 est célèbre pour sa haute résistance, sa bonne soudabilité et machinabilité, ainsi que sa bonne résistance à la corrosion. Il est particulièrement utile dans les matériaux structurels, car la résistance de l'aluminium 6061 aide à empêcher les bâtiments de s'effondrer. Comme les autres alliages 6xxx, l'aluminium 6061 contient du magnésium et du silicium comme principaux éléments d'alliage, responsables de ses caractéristiques de résistance favorables. La composition des éléments d'alliage dans l'aluminium 6061 est la suivante : 0,61% Si, 1,01% Mg, 0,21% Cr, 0,28% Cu, et 97,91% Al, et sa densité est à peu près la même que celle de l'aluminium pur (2,7 g/cm3, 0,0975 lb/in3). L'aluminium 6061 gagne encore en résistance grâce au traitement thermique et se trouve couramment en T6 et T4. Ses avantages ont permis à l'aluminium 6061 de convenir à de nombreuses situations, en faisant un alliage polyvalent. Il peut être trouvé dans la plupart des ateliers de mécanique et est un choix privilégié pour les assemblages soudés, les cadres de construction ou toute structure nécessitant une ossature solide. Pour plus d'informations sur ce métal, n'hésitez pas à consulter notre article dédié à l'alliage d'aluminium 6061.

Alliage d'aluminium 3003

aluminium 3003 est l'un des types d'aluminium les plus largement distribués sur le marché aujourd'hui, et ce pour une bonne raison. Il offre une belle finition, une excellente formabilité, se soude bien, possède une résistance modérée et résiste à la corrosion. Ces attributs permettent à ce métal de réussir dans une variété d'applications, ce qui explique pourquoi il est considéré comme l'alliage d'aluminium à usage général le plus populaire. L'aluminium 3003 appartient à la série 3xxx, ce qui signifie que son principal élément d'alliage est le manganèse, et sa composition chimique est de 0,12% Cu, 1,21% Mn, et 98,61% Al (notez que ces chiffres varient en fonction de plusieurs facteurs, et ne donnent qu'une vue d'ensemble). La densité de l'aluminium 3003 est de 2,73 g/cm3 (0,0986 lb/in3), ce qui est à peu près la même que celle de l'aluminium pur, et il ne répond pas au traitement thermique. Au lieu de cela, cet alliage peut être durci par déformation pour augmenter sa résistance, et il est généralement disponible en T4-H18 et T4-H22. Bien qu'il ne soit pas particulièrement résistant, l'aluminium 3003 a de nombreuses applications dans les marchés alimentaires et chimiques, et est utile comme matériau très malléable mais résistant. Pour plus d'informations sur cet alliage, consultez notre article dédié à l'alliage d'aluminium 3003.

Comparer les alliages d'aluminium 6061 et 3003

Choisir entre ces deux alliages d'aluminium est souvent difficile, car ils sont tous deux d'excellents choix pour la plupart des projets et possèdent des qualités similaires. Cet article comparera certaines valeurs mécaniques importantes pour aider à distinguer ces deux métaux, et ces comparaisons aideront à déterminer lequel est le mieux adapté à une application donnée. Les valeurs trouvées dans le Tableau 1 ont été extraites de l'aluminium traité 6061-T6 et 3003-H18, mais sachez que ces chiffres fluctuent en fonction du traitement choisi. Ces valeurs sont résumées dans le tableau ci-dessous, et une discussion de leurs comparaisons suivra peu après.

Comparaison des propriétés matérielles entre les alliages d'aluminium 6061 et 3003

La principale raison de choisir l'aluminium 6061 plutôt que l'aluminium 3003 est sa résistance supérieure. Cela se manifeste en comparant leurs résistances à la traction de rendement, qui est la contrainte minimale provoquant une déformation permanente de ces matériaux. La résistance à la traction de rendement est une mesure utile pour les pièces structurelles, car toute déformation permanente entraînera une instabilité (et souvent une défaillance) dans un bâtiment. La résistance accrue de l'aluminium 6061 est une conséquence de ses éléments d'alliage (magnésium/silicium), ainsi que de sa capacité à être traité thermiquement. Si la résistance est une préoccupation majeure, ne cherchez pas plus loin que l'aluminium 6061 ; c'est une alternative forte et plus résistante aux aciers doux, et nettement plus résistante que l'aluminium 3003.

De même, aluminium 6061 est plus résistant lorsqu'il est assemblé par des boulons et des vis, comme le montre sa résistance à la traction de rendement accrue (386 MPa contre 262 MPa). La contrainte de traction de rendement décrit la contrainte minimale qui provoquera la déformation d'une jonction, comme lorsque deux plaques sont reliées par une vis à travers un trou dans les deux plaques. Ces joints peuvent s'étirer ou craquer si une force excessive est appliquée sur les pièces métalliques, et la résistance à la traction de rendement est une mesure utile pour déterminer comment un matériau réagira lors de l'assemblage. La résistance à la traction de rendement de l'aluminium 6061 est bien plus élevée que celle de l'aluminium 3003, ce qui a du sens intuitivement mais explique aussi pourquoi l'aluminium 6061 est couramment utilisé dans les échafaudages et les structures de bâtiments. Si de nombreuses pièces seront rivetées ou maintenues par des connexions par trou, l'aluminium 3003 peut encore résister, mais l'aluminium 6061 tiendra plus longtemps.

La résistance n'est pas toujours souhaitée, et les résistances au cisaillement de ces matériaux sont de parfaits exemples de ce concept. La résistance au cisaillement est une mesure de la résistance d'un matériau aux contraintes de cisaillement, telles que la coupe, le poinçonnage ou toute configuration où deux forces opposées se rencontrent à une section transversale. Une façon simple de visualiser cela est avec des ciseaux coupant du papier, où les deux lames opposées des ciseaux cisaillement ou « coupent » le papier à travers sa dimension la plus fine. La résistance au cisaillement plus faible de l'aluminium 3003 est en réalité un avantage, car il est plus facile de couper une feuille de métal que l'aluminium 6061 en raison de sa résistance au cisaillement plus faible (207 MPa contre 110 MPa). Combiné à sa grande formabilité, ces caractéristiques rendent l'aluminium 3003 particulièrement polyvalent dans les applications de formage et constituent souvent une raison de le choisir plutôt que d'autres alliages.

La dureté est une mesure de la façon dont la surface d'un matériau réagit à une indentation locale, comme le rayage, le polissage ou la pénétration, et elle décrit comment des forces extérieures affecteront le matériau. Les ingénieurs ont déterminé différentes échelles de dureté qui décrivent la réponse des matériaux aux forces d'indentation à l'aide de machines d'indentation. L'échelle de dureté Brinell est un système de mesure couramment utilisé, où un matériau comme le verre a une dureté Brinell d'environ 1550, tandis qu'un métal mou comme le cuivre se situe autour de 10. Ces alliages sont relativement durs, l'aluminium 6061 étant le plus dur des deux (95 contre 55), ce qui augmente sa machinabilité mais diminue la finition de surface. Plus facilement indenté, l'aluminium 3003 peut obtenir une finition chromée, qui est esthétiquement plaisante et facile à nettoyer. L'aluminium 3003 est souvent utilisé dans les camions de restauration, car ses surfaces réfléchissantes sont rapides à nettoyer et ne retiennent pas la saleté. L'aluminium 6061 doit être préféré à l'aluminium 3003 si la résistance aux rayures est une préoccupation, mais il est surpassé (littéralement) par le 3003 en ce qui concerne la finition et le polissage.

L'aluminium 6061 peut être trouvé dans presque tous les ateliers de mécanique, car c'est l'une des meilleures alliages pour l'usinage disponibles. La machinabilité est une mesure de la facilité avec laquelle un métal peut être usiné à partir de métal brut, et cet article utilise une évaluation qualitative (excellente/bonne/acceptable/médiocre) pour donner au lecteur une idée des alliages couramment usinés. Il existe des échelles qui quantifient la machinabilité, mais elles concernent généralement les machinistes cherchant le bon outil pour le travail et ne sont pas utiles pour le concepteur moyen. L'aluminium 6061 est un choix de premier ordre pour l'usinage car il se travaille et reçoit bien les finitions, tandis que l'aluminium 3003 est généralement réservé au formage de tôles. L'aluminium 3003 peut également être usiné, mais le 6061 est un meilleur choix global en raison de ses autres attributs complémentaires.

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