Fiche de révision : Alliages aéronautiques et traitements thermiques

📋 Plan du Cours

1. Nomenclature des alliages d’aluminium
2. Familles et applications de l’aluminium
3. Nomenclature et usages des aciers
4. Alliages de titane
5. Durcissement par précipitation de l’aluminium
6. États métallurgiques et choix aluminium
7. Traitements thermiques fondamentaux des aciers
8. Traitements de surface et aciers PH
9. Choix et contrôle des traitements

📖 1. Nomenclature des alliages d’aluminium

🔑 Notions clés & Définitions

• Série 1000 : Aluminium commercialement pur dont les deux derniers chiffres indiquent le pourcentage d’aluminium au-delà de 99 %.

★ À maîtriser

• Le code des alliages d’aluminium comporte quatre chiffres, dont le premier identifie la série et le deuxième indique soit la variation de composition, soit la modification par rapport à l’alliage original.

• Dans les séries 2000 à 8000, le premier alliage historique porte le chiffre 0 et les chiffres suivants indiquent des modifications par rapport à cet alliage original.

Compléments

• L’alliage 1050 contient 99,5 % d’aluminium et l’alliage 1060 contient 99,6 % d’aluminium.

• Dans l’alliage 7075, le chiffre 7 désigne la famille aluminium-zinc, le chiffre 0 la composition chimique originale et 75 le numéro de référence de l’alliage.

💡 Astuce mémo

Série → modification → identification de l’alliage

📖 2. Familles et applications de l’aluminium

★ À maîtriser

• Les séries d’aluminium correspondent à:
  • 1xxx aluminium pur
  • 2xxx cuivre
  • 3xxx manganèse
  • 4xxx silicium
  • 5xxx magnésium
  • 6xxx magnésium-silicium
  • 7xxx zinc
  • 8xxx autres éléments comme le lithium

📌 Les alliages d’aluminium 2xxx, 6xxx et 7xxx sont traitables thermiquement, tandis que les séries 1xxx, 3xxx, 4xxx, 5xxx et 8xxx durcissent principalement par écrouissage.

• L’alliage 2024-T3 est utilisé pour les revêtements de fuselage et les peaux d’ailes en zone tendue grâce à sa résistance à la fatigue et à la propagation des fissures.

• L’alliage 7075-T6 est utilisé pour les longerons d’ailes et les ferrures très sollicitées, car il possède la plus haute résistance mécanique parmi les alliages courants.

Compléments

• Le 5052-H32 est utilisé pour les réservoirs, les conduits et l’habillage non structural grâce à sa résistance à la corrosion, sans traitement thermique.

💡 Astuce mémo

2024 fatigue, 7075 résistance, 5052 corrosion

📖 3. Nomenclature et usages des aciers

🔑 Notions clés & Définitions

• Nomenclature SAE/AISI : Système à quatre chiffres où les deux premiers indiquent la famille et les deux derniers le pourcentage de carbone.

★ À maîtriser

• Les principaux préfixes désignent:
  • 10xx les aciers au carbone simple
  • 41xx les aciers chrome-molybdène
  • 43xx les aciers nickel-chrome-molybdène
  • 93xx les aciers nickel-chrome-molybdène de cémentation

Compléments

• Les aciers inoxydables des familles 300, 400 et 600 sont respectivement austénitiques, martensitiques et à durcissement structural.

• Les alliages 300M et AerMet 100 sortent de la grille SAE/AISI et sont désignés par un nom commercial parce qu’ils sont propriétaires ou fortement modifiés.

• Les aciers 4130, 4340, 300M, 9310 et 8620 sont respectivement utilisés pour les tubes et structures secondaires, les bâtis et arbres fortement sollicités, les trains d’atterrissage et les engrenages cémentés.

📖 4. Alliages de titane

🔑 Notions clés & Définitions

• Alliage Ti-6Al-4V : Contient 6 % massique d’aluminium et 4 % massique de vanadium.

★ À maîtriser

• Les quatre catégories de titane sont:
  • alliages alpha
  • alliages alpha-proche
  • alliages alpha-bêta
  • alliages bêta et bêta-proche

Compléments

• L’ASTM définit des grades de titane en fonction des proportions des éléments d’alliage.

📖 5. Durcissement par précipitation de l’aluminium

★ À maîtriser

• 🔄 Le durcissement par précipitation suit trois étapes:

  1. mise en solution
  2. trempe rapide
  3. vieillissement naturel ou artificiel

• La mise en solution chauffe l’aluminium entre 450 et 565 °C pour dissoudre les éléments d’alliage, puis la trempe rapide les maintient en solution.

• Le vieillissement artificiel réchauffe l’aluminium entre 115 et 190 °C pendant plusieurs heures et conduit aux résistances mécaniques maximales des états T6.

Compléments

• La maturation naturelle durcit progressivement l’aluminium à température ambiante pendant plusieurs jours, comme dans l’état 2024-T4.

💡 Astuce mémo

Mise en solution → trempe → vieillissement

📖 6. États métallurgiques et choix aluminium

★ À maîtriser

• L’état T3 correspond à une mise en solution, un travail à froid et un vieillissement naturel, tandis que T4 correspond à une mise en solution suivie d’un vieillissement naturel sans travail à froid.

• L’état T6 associe une mise en solution et un vieillissement artificiel pour obtenir une résistance maximale, tandis que T73 associe une mise en solution et un survieillissement pour améliorer la résistance à la corrosion sous contrainte.

• L’état O est un état recuit qui donne la résistance la plus faible et la formabilité maximale.

Compléments

• Le 7075-T6 est plus sensible à la corrosion sous contrainte que le 7075-T73, ce qui impose un compromis entre résistance et durabilité selon la zone.

📌 Les rivets 2017 et 2024 fraîchement trempés sont conservés au congélateur afin de retarder leur vieillissement naturel avant le rivetage.

💡 Astuce mémo

O formabilité, T6 résistance, T73 corrosion sous contrainte

📖 7. Traitements thermiques fondamentaux des aciers

🔑 Notions clés & Définitions

• Recuit de l’acier : Le recuit chauffe l’acier au-dessus du point critique puis le refroidit lentement au four afin de l’adoucir et d’améliorer son usinabilité et sa formabilité.
• Trempe de l’acier : La trempe chauffe l’acier dans la zone austénitique puis le refroidit rapidement pour transformer l’austénite en martensite et obtenir une dureté maximale.

★ À maîtriser

📌 Le revenu réchauffe modérément une pièce préalablement trempée entre 150 et 650 °C afin de réduire la fragilité de la martensite tout en conservant une partie de sa dureté.

Compléments

📌 La normalisation refroidit l’acier à l’air libre après un chauffage comparable à celui du recuit, ce qui affine le grain et homogénéise davantage la structure.

💡 Astuce mémo

Recuit adoucit, trempe durcit, revenu fragilité

📖 8. Traitements de surface et aciers PH

★ À maîtriser

• La cémentation diffuse du carbone en surface dans un acier à faible teneur en carbone, puis applique une trempe pour obtenir une surface très dure et un cœur tenace.

• La nitruration diffuse de l’azote à basse température sans trempe requise et procure une excellente résistance à la fatigue et à la corrosion avec une faible déformation.

• Les aciers inoxydables PH 15-5PH, 17-4PH et 17-7PH sont durcis par mise en solution suivie d’un vieillissement qui précipite des composés durcissants dans la matrice.

Compléments

• Les aciers PH offrent un compromis entre résistance mécanique et résistance à la corrosion avec peu de déformation pendant le traitement.

💡 Astuce mémo

Une surface blindée protège un cœur ductile

📖 9. Choix et contrôle des traitements

★ À maîtriser

• Pour limiter la distorsion, il faut recuire ou normaliser avant le formage, usiner ensuite, puis appliquer le traitement final lorsque la géométrie est presque définitive.

Compléments

• La trempe peut déformer une pièce mince de tôlerie, ce qui favorise la nitruration ou le durcissement PH lorsque la précision dimensionnelle est importante.

📌 Après un cadmiage ou un décapage acide, les aciers très résistants comme le 300M et le 4340 peuvent subir une fragilisation par l’hydrogène qui impose un dégazage thermique.

• Le contrôle qualité comprend notamment:
  • la dureté Rockwell
  • la micrographie
  • les essais de fatigue
  • les certificats de traitement thermique

💡 Astuce mémo

Ordre adapté des traitements → moins de distorsion et de défauts

📊 Tableaux de synthèse

Choix des alliages d’aluminium

Choix des traitements des aciers