Métallographie de l'aluminium - Préparation des échantillons

Métallographie de l'aluminium et des alliages d'aluminium Aperçu et préparation

La métallographie de l'aluminium est l'étude et l'examen de la microstructure de l'aluminium et de ses alliages, généralement à l'aide d'échantillons polis et gravés au microscope. Ce processus est un élément essentiel des tests et du contrôle qualité de l’aluminium, révélant des détails tels que la taille des grains, la distribution des phases et tous les défauts ou impuretés microscopiques. En comprenant la métallographie de l’aluminium, les industries peuvent garantir que les matériaux en aluminium répondent aux normes de résistance, de durabilité et de performance requises.

Pour aborder efficacement ces aspects, cette page est divisée en deux parties :

Aperçu – Principes fondamentaux et aspects clés
Cette section offre une introduction concise aux propriétés les plus importantes des matériaux en aluminium et à leur pertinence en métallographie. Il est idéal pour les utilisateurs recherchant une orientation rapide ou une compréhension fondamentale.

Aperçu

Informations approfondies et conseils pratiques
Cette section propose une exploration complète de l’aluminium et des alliages d’aluminium d’un point de vue métallographique. En plus des recommandations pratiques pour sélectionner des techniques de meulage et de polissage appropriées, il offre également une compréhension plus approfondie des caractéristiques fondamentales des matériaux et de leurs implications pour la préparation des échantillons. Des exemples de cas détaillés et des conseils méthodiques aident à combler le fossé entre la théorie et la pratique en laboratoire.

Aperçus approfondis

Aperçu – Principes fondamentaux et aspects clés

L'aluminium est un métal léger et argenté connu pour son excellente ductilité, sa conductivité thermique/électrique et sa résistance naturelle à la corrosion grâce à une fine couche d'oxyde à sa surface. Cependant, l'aluminium pur (généralement 99 % + Al, connu sous le nom de série 1xxx) est relativement mou et peu résistant, donc dans la pratique il est généralement combiné avec d'autres éléments pour former des alliages d'aluminium. Les éléments d’alliage courants comprennent le cuivre, le magnésium, le silicium, le zinc et le manganèse, chacun produisant des alliages aux propriétés différentes. Par exemple, Par exemple :

2xxx (Al-Cu) : Haute résistance, utilisé dans l'aérospatiale
6xxx (Al-Mg-Si) : Résistance moyenne, hautement formable
7xxx (Al-Zn-Mg-Cu) : Haute résistance, utilisé dans l'aérospatiale et les transports

Ces ajouts d'alliage et traitements thermiques (comme le revenu T6) créent des précipités de renforcement et modifient la structure du grain du métal, que la métallographie de l'aluminium peut révéler et analyser.

Application de l'aluminium dans l'industrie

Aérospatial

Les alliages d'aluminium hautes performances nécessitent une métallographie pour confirmer le durcissement par précipitation, l'intégrité du revêtement et la taille uniforme des grains. Les alliages d'aluminium à haute résistance (comme le 2024 ou le 7075) sont utilisés pour les structures d'avions, les ailes et les composants d'engins spatiaux en raison de leur rapport résistance/poids. La métallographie vérifie l'affinement des grains et la présence de précipités de renforcement après les traitements thermiques. Après le forgeage ou le laminage d'un alliage aérospatial, la métallographie garantit une texture de fibre ou un flux de grain approprié dans le composant. De plus, lorsque de nouveaux alliages aluminium-lithium ou des composites avancés sont introduits, la métallographie et les techniques de test associées aident à certifier que ces matériaux répondent aux normes aérospatiales strictes.

Exemple: Dans l'aluminium de qualité aéronautique, l'examen métallographique peut confirmer que la phase de précipitation souhaitée (comme Al2Cu dans la série 2xxx ou MgZn2 dans la série 7xxx) est correctement répartie, indiquant que l'alliage a atteint ses propriétés mécaniques requises.

Automobile

Utilisé dans les moteurs, les roues et les composants structurels. Les alliages d’aluminium sont largement utilisés dans les moteurs, les culasses, les carters de transmission, les roues et les cadres structurels pour réduire le poids. Les alliages spéciaux haute température et l'aluminium moulé (comme les alliages de moulage Al-Si) doivent être exempts de porosité excessive et avoir des microstructures raffinées pour plus de durabilité.

La microstructure des jantes en alliage, des blocs moteurs, des pistons et des panneaux de carrosserie est importante. Une coupe métallographique d'un bloc moteur en aluminium moulé sous pression peut révéler des cavités de porosité ou de retrait qui pourraient entraîner une défaillance de la pièce si elles sont trop grandes. Pour les véhicules électriques et le transport ferroviaire (par exemple les trains à grande vitesse), où l'aluminium est utilisé pour les structures légères, la métallographie confirme que les extrusions et les moulages ont une qualité constante.

Exemple: Vérification que les particules de silicium dans un alliage Al-Si sont fines et uniformément modifiées (souvent obtenues en ajoutant des modificateurs comme le strontium lors de la coulée). De plus, les tests de l'aluminium dans ce domaine peuvent inclure des tests de dureté des composants du moteur (pour vérifier le traitement thermique approprié) ainsi qu'un examen microstructural.

Fabrication additive

L'aluminium imprimé en 3D présente des microstructures uniques telles que des grains cellulaires et des limites de bain de fusion. Une application spéciale en pleine croissance est l’utilisation d’alliages d’aluminium dans la fabrication additive. Les composants en aluminium imprimés en 3D (utilisant souvent des poudres d'alliages comme AlSi10Mg) peuvent présenter des microstructures uniques - telles que des grains cellulaires très fins et des limites de bain de fusion distinctes - en raison d'une solidification rapide. La métallographie joue un rôle clé dans ce domaine émergent en examinant la liaison des couches, la porosité et les caractéristiques microstructurales des pièces en aluminium imprimées.

Électronique et défense

Dans les alliages Al-Li et les dissipateurs thermiques en aluminium, la métallographie garantit l'homogénéité et la qualité de liaison. Certaines applications de défense utilisent des alliages d’aluminium dans des véhicules blindés ou des boîtiers légers et à haute résistance. Des alliages d'aluminium spéciaux contenant du lithium (alliages Al-Li) ont été développés pour réduire davantage le poids dans l'aérospatiale et la défense ; ces alliages nécessitent un examen métallographique minutieux pour garantir que les nouvelles phases (comme les précipités Al3Li) sont présentes et uniformément dispersées. Dans ces industries, la métallographie de l’aluminium sert de pont entre la science des matériaux et l’ingénierie pratique. Il permet aux ingénieurs de voir l'histoire interne d'une pièce en aluminium, qu'il s'agisse de confirmer qu'un processus de production a réussi ou de diagnostiquer pourquoi un composant n'a pas fonctionné comme prévu.

Il est important de noter que la métallographie est souvent accompagnée d'autres méthodes de test (tests mécaniques, analyses chimiques, etc.), mais elle fournit la preuve visuelle de la structure du matériau que les autres tests ne peuvent pas. De nombreuses entreprises disposent de laboratoires internes ou collaborent avec des laboratoires d’essais de matériaux pour effectuer une métallographie sur des échantillons d’aluminium dans le cadre de leur assurance qualité de routine.

Le procédé de métallographie de l'aluminium

Coupe

Les meules abrasives à tronçonner conçues pour les métaux non ferreux avec un refroidissement adéquat sont préférées pour minimiser les dommages.

Montage

Le montage à chaud avec de la résine phénolique est standard ; le montage à froid avec de la résine époxy est utilisé pour les échantillons délicats ou sensibles à la chaleur.

Meulage / Polissage

Papiers de carbure de silicium et suspensions de diamant, progressant du grossier au fin, pour préparer l'échantillon avec une finition miroir

Analyse

Le matériau est caractérisé en utilisant par exemple des tests de dureté ou la microscopie.

Gravure

L'échantillon est traité avec des agents de gravure pour améliorer le contraste de surface

Machines de tronçonnage

Presses de montage

Pré-polisseuses, polisseuses & attaques

Essais de dureté

Consommables

Informations approfondies et conseils pratiques

Les applications de l’aluminium peuvent être trouvées dans presque tous les domaines de l’économie et de la vie moderne. Selon les statistiques actuelles, la production mondiale d’aluminium (primaire) a presque doublé au cours de la dernière décennie – un développement sans précédent pour un matériau industriel. L'industrie de l'aluminium doit ce développement à ses propriétés comme son faible poids spécifique, un tiers de celui de l'acier, ce qui en fait une alternative intéressante pour la construction légère et économe en énergie. Les autres propriétés importantes de l'aluminium et de ses alliages sont la large gamme d'options de fabrication telles que le moulage, le formage, l'extrusion, le forgeage, etc.

De plus, les options de mise en forme polyvalentes telles que l'usinage, l'emboutissage profond, l'étirage, le pliage, le poinçonnage, etc. font de l'aluminium un matériau flexible pour de nombreuses applications. L'aluminium et ses alliages présentent une excellente résistance à la corrosion, qui peut être encore améliorée par l'anodisation et diverses techniques de revêtement. Ces matériaux offrent un large spectre de résistances mécaniques, allant de 70 à 800 MPa. L'aluminium est un matériau non toxique, ce qui le rend particulièrement adapté à une utilisation comme emballage pour les produits alimentaires. De plus, l’aluminium possède une excellente conductivité électrique et une conductivité thermique élevée.

La préparation métallographique de l’aluminium est importante pour plusieurs raisons :

Contrôle de qualité: La métallographie est essentielle dans les processus de contrôle qualité pour détecter les défauts tels que la porosité, la ségrégation, les fissures ou la formation de phases incorrectes qui peuvent affecter les performances du matériau.

Optimisation des processus : En examinant les effets de différentes méthodes de traitement (par exemple, la coulée, le laminage, le traitement thermique) sur l'aluminium, la métallographie permet d'optimiser les paramètres de fabrication pour obtenir les propriétés mécaniques et physiques souhaitées.

Analyse des défaillances : En cas de défaillance du matériau, l'examen métallographique fournit des informations sur les mécanismes de défaillance, tels que la fatigue, la corrosion ou la fragilisation, contribuant ainsi à l'analyse des causes profondes.

Recherche et développement : Les études métallographiques contribuent au développement de nouveaux alliages d’aluminium et de nouvelles techniques de traitement en facilitant la corrélation entre la composition, le traitement, la microstructure et les propriétés. En raison de la douceur et de la ductilité de l'aluminium, une préparation méticuleuse est nécessaire pour éviter l'introduction d'artefacts, tels que des rayures, des bavures ou des déformations, qui pourraient masquer ou altérer les véritables caractéristiques microstructurelles.

Dans la section suivante, les aspects les plus critiques de la préparation métallographique de l’aluminium et de ses alliages seront présentés.

La microstructure d'un alliage d'aluminium après polissage final – 100:1

La microstructure d'un alliage de moulage en aluminium après polissage final – 25:1

Microstructure d'un alliage d'aluminium corroyé après gravure électrolytique – 100:1

Coupe

La découpe de l'aluminium pur et des alliages d'aluminium est un défi en raison de la douceur de l'aluminium. Les disques de coupe optimaux pour ces alliages sont ceux contenant des particules abrasives en SiC. Les disques de tronçonnage SiC avec un matériau de liaison plus dur peuvent fournir les meilleurs résultats. En raison de la dureté inférieure des particules de carbure de silicium par rapport aux particules d'oxyde d'aluminium, ces meules à tronçonner sont le choix optimal pour couper des matériaux tendres comme l'aluminium pur.

Choix du disque à tronçonner en fonction de la dureté du matériau

La tige en aluminium pur serrée dans QCUT 250 M

Montage

Les échantillons d'aluminium peuvent être montés à l'aide de techniques de montage à chaud, de montage à froid ou de séchage UV. Pour les échantillons sensibles à la température ou à la pression, tels que les échantillons peints, minces ou revêtus, des méthodes de montage à froid ou de séchage UV sont recommandées pour éviter tout dommage potentiel. Le montage UV est la méthode de montage la plus rapide pour les échantillons en aluminium pur lorsque la rétention des bords n'est pas une exigence critique.

QPRESS 40 – La toute nouvelle presse d'enrobage à chaud de QATM

Enrobage UV

Appareil	Consommable	Temps de séchage	Moule
QMOUNT	Qprep UV 50	1 min.	QMOULD clear, ø 40 mm

L'échantillon d'aluminium après montage UV pendant seulement 1 minute.

Enrobage à froid - Première option

Consommable	Rapport de mélange / Volume	Temps de séchage	Moule	Équipement supplémentaire
KEM 20	Poudre : Liquide 2 : 1	15 min	QMOULD clear/white Ø 40 mm	Tasse à mélanger Cuillère à mélanger bâton mélangeur Unité de pression 95016569
Notes
Pour une meilleure transparence, le processus de durcissement complet doit être effectué dans l'unité de pression 95016569

Enrobage à froid - Deuxième option

Consommable	Rapport de mélange / Poids	Temps de séchage	Moule	Équipement supplémentaire
Qpox 92	Résine : Durcisseur 20 g : 4,6 g	8 Heures	PP, Ø 40 mm	Tasse à mélanger Échelle bâton mélangeur Unité d'infiltration M6500001
Notes
Le processus de montage avec Qpox 92 doit être effectué sous vide. Pour cette utilisation, unité d'infiltration

Échantillons de moulage d'aluminium PoDFA montés à froid dans du KEM 20

Enrobage à chaud - Première option

Appareil	Consommable	Temps de chauffage	Température	Pression	Temps de refroidissement
QPRESS 40	Bakelite black	4:45 min	200 °C	250 bar	3:30 min
Remplissage ou consommables supplémentaires	Puissance de chauffage	Mode pression	Puissance de refroidissement	Piston de ø 40 mm
-	100 %	Mode 1 niveau	100 %	Piston de ø 40 mm
Notes
Ébavurer et nettoyer les échantillons avant le montage.

Aluminium pur

L'aluminium pur est un métal léger avec une densité d'environ 2,7 g/cm³ et un point de fusion de 660°C. Si la pureté de l'aluminium est supérieure à 99 %, il est considéré comme de l'aluminium pur. La structure cristallographique de l'aluminium pur est cubique à faces centrées. Il se caractérise par un aspect brillant et argenté et une excellente résistance à la corrosion grâce à la formation rapide d'un film d'oxyde protecteur stable sur sa surface. L'aluminium est hautement ductile et malléable, ce qui lui permet d'être étiré en fils ou laminé en feuilles minces. Sa résistance à la traction est relativement faible sous sa forme pure (environ 90 MPa après recuit), mais elle peut être considérablement renforcée par alliage ou travail à froid. L'aluminium pur est également un excellent conducteur de chaleur et d'électricité, non magnétique et non toxique. Dans les groupes forgés, le groupe 1xxx représente l'aluminium pur comme EN AW 1050A. L'aluminium pur est généralement utilisé dans des applications non porteuses, notamment la fabrication de câbles, de canettes, de composants électroniques, de feuilles, de fils, d'articles ménagers et de matériaux d'emballage.

Meulage / Polissage

Parmi les différents consommables, le papier au carbure de silicium (SiC) est le choix le plus approprié pour la préparation d'échantillons d'aluminium pur. En raison de la douceur inhérente de l’aluminium pur, le matériau est très sensible à la déformation lors de la préparation de l’échantillon. L'utilisation de consommables agressifs, tels que des disques de meulage diamantés, peut introduire des artefacts de préparation et compromettre l'intégrité microstructurale de l'échantillon. À condition que le sectionnement ait été effectué de manière appropriée, le meulage initial peut commencer avec du papier SiC de grain P600. Ceci est suivi d'une deuxième étape de meulage à l'aide de papier SiC de grain P1200 ; après environ deux minutes de meulage, l'échantillon est prêt pour l'étape de polissage.

Pour le polissage de l'aluminium pur, des chiffons de polissage doux sont recommandés pour minimiser la déformation de la surface. Le tissu Sigma, un tissu en soie moyennement dur, convient aux premières étapes de polissage. Pour l'étape de polissage de 1 µm, il convient d'utiliser un tissu Zeta, un tissu synthétique doux et floqué. Pour le polissage final, il est recommandé d'utiliser le chiffon OMEGA, un chiffon synthétique doux et résistant aux produits chimiques. La séquence complète des étapes de meulage et de polissage est résumée dans le tableau.

La surface de l'échantillon après polissage final sans rayures ni déformation

Gravure

L'objectif de la gravure d'échantillons d'aluminium pur est de révéler de manière sélective les caractéristiques microstructurales, telles que les limites des grains ou la taille des grains, ainsi que les impuretés qui sont autrement indiscernables à l'état poli et non gravé. La gravure améliore le contraste entre les différents composants microstructuraux en attaquant préférentiellement des zones spécifiques de l'échantillon, permettant un examen détaillé de la taille, de la forme et de la distribution des grains sous microscopie optique ou électronique. Ce processus est essentiel pour une analyse métallographique précise et une caractérisation de l’aluminium pur. Il existe deux procédés principaux pour graver les échantillons d’aluminium pur. Tout d’abord, il y a le processus normal d’immersion dans le produit de gravure. Ici, l'hydroxyde de sodium de QATM peut être utilisé. L’autre technique est la gravure électrolytique. La gravure électrolytique de l'aluminium pur est une technique métallographique utilisée pour révéler sa microstructure en appliquant un courant électrique dans une solution électrolytique appropriée. Au cours du processus, l’échantillon d’aluminium agit comme anode et une dissolution sélective se produit aux limites des grains et d’autres caractéristiques microstructurelles. Cette méthode offre une gravure contrôlée et uniforme, minimisant les dommages mécaniques et améliorant la visibilité des détails fins tels que les limites des grains et les inclusions. La gravure électrolytique est particulièrement efficace pour l'aluminium pur en raison de sa douceur et de sa tendance à se déformer sous polissage mécanique, ce qui permet des observations microstructurales plus claires et plus reproductibles.

QETCH 1000 est un polisseur et graveur électrolytique entièrement automatique avec un fonctionnement intuitif par écran tactile. L'unité de polissage et de gravure et l'unité de contrôle sont séparées, le Qetch 1000 peut également être utilisé dans la hotte de laboratoire. Une fonction de numérisation affiche la courbe de tension actuelle d'un matériau et fournit des résultats de polissage rapidement sans modifications structurelles. La manipulation de l'unité de polissage et de gravure a été considérablement facilitée par les réservoirs électrolytiques interchangeables de 1 litre. Différents électrolytes peuvent être changés et facilement stockés grâce au couvercle. L'appareil est nettoyé à l'eau par un programme de lavage.

La microstructure de l'aluminium pur sur la zone de bord après gravure avec Barker – 25:1

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La microstructure de l'aluminium pur dans la zone centrale après gravure avec Barker – 25:1

Alliages d'aluminium corroyés

Le système de classification utilisé au niveau international distingue les alliages corroyés [DIN EN 573] et les pièces moulées [DIN EN 1780]. Les alliages corroyés sont des alliages d'aluminium coulés en lingots ou en bandes à l'aide du procédé de coulée continue et utilisés exclusivement pour la fabrication de produits laminés, pressés et étirés. En revanche, les alliages moulés sont utilisés exclusivement pour produire des pièces moulées en raison de leurs meilleures propriétés de remplissage du moule et de leur résistance à la fissuration à chaud. La désignation standard des alliages d'aluminium utilise le système suivant :

Le préfixe EN, suivi d'un espace
Le A pour Aluminium
Puis une lettre indiquant le procédé de fabrication
W pour Aluminium corroyé et C pour Aluminium coulé
En option, B pour les lingots d'aluminium non allié et allié et M pour les alliages mères
Un trait d'union
Quatre chiffres (pour les alliages corroyés) et cinq chiffres (pour les alliages coulés) pour définir la composition de l'alliage ou le symbole chimique Al suivi des symboles des principaux éléments d'alliage et de leur composition nominale moyenne en % en poids.

Les systèmes de désignation distincts pour les alliages d'aluminium corroyés et coulés, ainsi que leurs conditions matérielles respectives, nécessitent une présentation distincte et détaillée pour chaque catégorie. Pour l'alliage forgé, les quatre chiffres de la description indiquent le groupe d'alliage, qui est caractérisé par un ou plusieurs éléments d'alliage principaux. Les groupes d'alliages diffèrent également en termes de trempabilité ou de non-trempabilité (ces derniers sont également appelés alliages « naturellement durs » ou écrouissables).

Groupe	Type d'alliage	Exemple	Trempabilité
1XXX	Aluminium pur	EN AW-1050A EN AW-1070A	Non durcissable
2XXX	AlCu	EN AW-2219 EN AW-2024	Trempable
3XXX	AlMn	EN AW-3105 EN AW-3003	Non durcissable
4XXX	Al Si	EN AW-4032 EN AW-4046	Non durcissable
5XXX	Al Mg	EN AW-5005 EN AW-5182	Non durcissable
6XXX	Al MgSi	EN AW-6061 EN AW-6082	Trempable
7XXX	Al ZnMg	EN AW-7075 EN AW-7020	Trempable
8XXX	Autres	EN AW-8006 EN AW-8011A	Non durcissable
9XXX	Ne pas utiliser	-	-

Les analyses métallographiques les plus importantes pour les alliages d'aluminium corroyés comprennent :

Les analyses métallographiques les plus importantes pour les alliages d'aluminium corroyés comprennent :

Mesure de la taille des grains : La détermination de la taille des grains donne un aperçu des propriétés mécaniques de l'alliage, telles que la résistance et la ductilité, et est essentielle pour le contrôle qualité et l'optimisation des processus.

Évaluation des particules et inclusions de seconde phase : l'identification et la caractérisation des phases intermétalliques, des précipités et des inclusions non métalliques permettent d'évaluer la pureté, les performances mécaniques et la résistance à la corrosion de l'alliage.

Examen de la microstructure et de la texture : L’observation de la distribution, de la taille et de l’orientation des grains et des phases révèle des informations sur les processus de déformation, la recristallisation et les effets des traitements thermomécaniques.

Évaluation du caractère des limites de grains : L'analyse des types et des distributions des limites de grains aide à comprendre la sensibilité de l'alliage à des phénomènes tels que la corrosion intergranulaire et la fissuration.

Détection des défauts : L'identification des défauts de coulée ou de traitement, tels que la porosité, les fissures ou la ségrégation, est essentielle pour garantir l'intégrité et les performances de l'alliage forgé.

Analyse des couches et des revêtements : dans les alliages revêtus ou traités en surface, la métallographie est utilisée pour évaluer l'épaisseur, l'adhérence et l'uniformité des revêtements.

En outre, la plage de résistance de divers alliages d'aluminium corroyés peut être consultée dans les tableaux ci-dessous :

Série d'alliages	Composition de l'alliage	Méthode de renforcement	Plage de résistance à la traction (MPa)	Plage de résistance à la traction (ksi)
1XXX	Al	Travail à froid	70-175	10-25
2XXX	Al-Cu-Mg (1-2.5 % Cu) Al-Cu-Mg-Si (3-6% Cu)	Traitement thermique Traitement thermique	170-310 380-520	25-45 55-75
3XXX	Al-Mn-Mg	Travail à froid	140-280	20-40
4XXX	Al Si	Travail à froid + traitement thermique	105-350	15-50
5XXX	Al-Mg(1-2.5% Mg) Al-Mg-Mn (3-6% Mg)	Travail à froid Travail à froid	140-280 280-380	20-40 40-55
6XXX	Al-Mg-Si	Traitement thermique	150-380	22-55
7XXX	Al-Zn-Mg Al-Zn-Mg-Cu	Traitement thermique	380-520 520-620	55-75 75-90
8XXX	Al-Li-Cu-Mg	Traitement thermique	280-560	40-80

Meulage / Polissage

La microstructure de l'alliage Al-Si après polissage final – 200:1

Les précipités dans Al ZnMg à plus fort grossissement

Microstructure de l'alliage Al ZnMg après polissage final - 100:1

Le même échantillon d'aluminium extrudé après gravure électrolytique avec Barker

La microstructure de coulée de l'EN AW-2017A après gravure électrolytique avec Barker

Microstructure de Al ZnMg après gravure à l'hydroxyde de sodium 7,5 % - 100:1

Microstructure d'un échantillon d'aluminium extrudé après gravure au Kroll – 25:1

moulage d'alliage d'aluminium

La norme DIN EN 1780 régit la classification des pièces moulées et des alliages de moulage : 2002 (l'association de l'aluminium AA a une autre méthode de classification)., qui utilise un système de désignation à cinq chiffres comme décrit ci-dessous

Le premier chiffre indique l'élément d'alliage principal

Groupe	Type d'alliage
1XXX	Aluminium pur
2XXX	Cuivre
3XXX	-
4XXX	Silicon
5XXX	Magnesium
6XXX	-
7XXX	Zinc
8XXX	Étain
9XXX	Alliage maître

Le deuxième chiffre indique le type d'alliage.

Type d'alliage	Éléments principaux	Exemple	Trempabilité (MPa)
21XXX	Al Cu	EN AC-21100	Trempable
411XXX	Al SiMgTi	EN AC-41000	Trempable
42XXX	Al Si7Mg	EN AC-42200	Trempable
43XXX	Al Si10Mg	EN AC-43200	Trempable
44XXX	Al Si	EN AC-44000	Non durcissable
45XXX	Al Si5Cu	EN AC-45000	Partiellement durcissable
47XXX	Al Si (Cu)	EN AC-47000	Non durcissable
48XXX	Al SiCuNiMg	EN AC-48000	Non durcissable
51XXX	Al Mg	EN AC-51100	Non durcissable
71XXX	Al ZnMg	EN AC-71100	Trempable

Le premier chiffre indique l'élément d'alliage principal
Le deuxième chiffre indique le type d'alliage.
Le 3ème chiffre est arbitraire et indique la composition spéciale de l'alliage.
Le 4ème chiffre est généralement 0.
Le 5ème chiffre est toujours 0 pour les alliages CEN mais jamais 0 pour les alliages aérospatiaux AECMA.
Ces chiffres sont suivis d'une lettre qui indique le processus de moulage comme S pour le moulage au sable, K pour le moulage par gravité, D pour le moulage sous pression et L pour le moulage à la cire perdue.

Par la suite, les lettres et chiffres suivants précisent l’état de l’alliage, comme détaillé dans le tableau ci-dessous :

Désignation du tempérament	Signification
F	État de la pièce coulée
T1	Refroidissement contrôlé après coulée et vieillissement naturel
T4	Solution traitée thermiquement et vieillie naturellement
T5	Traitement anti-stress
T6	Solution traitée thermiquement et vieillie artificiellement
T64	Solution traitée thermiquement et non entièrement vieillie artificiellement (sous-vieillissement)
T7	Solution traitée thermiquement et durcie (vieillie artificiellement, état stabilisé)
0	Recuit doux

Les propriétés physiques de l'aluminium pur à 20°C peuvent être vues dans le tableau ci-dessous :

Propriété	Valeur (unité)
Numéro de commande	13
Poids de l'atome (masse relative de l'atome)	26 9815 385 (g/mol)
Structure de l'atome	FCC
Constante de réseau	0,40496 (Nm)
Rayon de l'atome	0,1431 (Nm)
Densité	2,6989 × 10^-9 (kg/m³)
Module d'élasticité	66,6 (kN/mm²)
Module de cisaillement	25,0 (kN/mm²)
Coefficient de Poisson (ν)	0,35
Conductivité thermique	235 (W/m · K)
Température de fusion	660,2 (°C)
Enthalpie de fusion	390 (kJ/kg)
Température d'ébullition	2470 (°C)
Enthalpie de vaporisation	11,4 (MJ/kg)
Capacité thermique massique (cp)	31 (MJ/kg)
conductivité électrique	37,67 (m/Ω · mm²)
Résistance électrique spécifique	26,55 (nΩ·m)

Meulage / Polissage

Parmi les différents consommables, le papier au carbure de silicium (SiC) est le choix le plus approprié pour la préparation d'échantillons d'aluminium pur. En raison de la douceur inhérente de l’aluminium pur, le matériau est très sensible à la déformation lors de la préparation de l’échantillon. L'utilisation de consommables agressifs, tels que des disques de meulage diamantés, peut introduire des artefacts de préparation et compromettre l'intégrité microstructurale de l'échantillon. À condition que le sectionnement ait été effectué de manière appropriée, le meulage initial peut commencer avec du papier SiC de grain P600. Ceci est suivi d'une deuxième étape de meulage à l'aide de papier SiC de grain P1200 ; après environ deux minutes de meulage, l'échantillon est prêt pour l'étape de polissage. Pour le polissage de l'aluminium pur, des chiffons de polissage doux sont recommandés pour minimiser la déformation de la surface. Le tissu Sigma, un tissu en soie moyennement dur, convient aux premières étapes de polissage. Pour l'étape de polissage de 1 µm, il convient d'utiliser un tissu Zeta, un tissu synthétique doux et floqué. Pour le polissage final, il est recommandé d'utiliser le chiffon OMEGA, un chiffon synthétique doux et résistant aux produits chimiques. La séquence complète des étapes de meulage et de polissage est résumée dans le tableau.

La microstructure dendritique de l'alliage d'aluminium coulé après gravure électrolytique avec Barker

Microstructure dendritique de l'alliage d'aluminium coulé après polissage électrolytique et gravure avec QETCH 1000

La microstructure eutectique entre les dendrites

La microstructure de l'alliage de moulage Al-Si

La microstructure de l'alliage d'aluminium Al-Si

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Consommables

Machines de tronçonnage

Systèmes d'enrobage

Pré-polisseuses, polisseuses & attaques

Essais de dureté

Métallographie de l'aluminium - FAQ

En quoi consiste la métallographie de l’aluminium et pourquoi la pratiquons-nous ?

La métallographie de l'aluminium consiste à préparer un échantillon d'aluminium ou d'alliage d'aluminium (par découpe, montage, meulage, polissage, gravure) puis à l'examiner au microscope pour étudier sa microstructure. Nous procédons ainsi pour comprendre la structure interne du matériau : des caractéristiques telles que la taille des grains, les phases présentes, la distribution des éléments d’alliage et les éventuels défauts. Cette information est cruciale car la microstructure de l’aluminium influence directement ses propriétés (résistance, ductilité, résistance à la corrosion, etc.). Par exemple, la métallographie peut confirmer si un alliage d’aluminium a reçu le traitement thermique approprié en révélant la présence de précipités de renforcement. Il est largement utilisé pour le contrôle qualité (pour vérifier que les matériaux répondent aux spécifications) et pour l'analyse des défaillances (pour découvrir ce qui s'est mal passé au niveau microscopique si un composant est tombé en panne).

En quoi la métallographie de l’aluminium est-elle différente de la métallographie de l’acier ?

Les principes fondamentaux sont similaires (préparer un échantillon poli et le graver), mais la métallographie de l'aluminium présente ses propres défis et techniques par rapport à l'acier. L'aluminium est plus tendre que la plupart des aciers, il est donc plus sujet aux rayures et aux déformations mécaniques lors de la préparation, nécessitant des étapes de meulage plus fines et un polissage doux. De plus, l'aluminium forme instantanément une couche d'oxyde qui peut compliquer la gravure, alors que les aciers ne présentent généralement pas un tel film d'oxyde immédiat après le polissage. Les agents de gravure pour l'aluminium sont différents (par exemple, le réactif de Keller pour l'aluminium contre le nital pour l'acier) et souvent plus agressifs chimiquement en raison de cet oxyde.

En termes de microstructure, les alliages d'aluminium ne présentent pas de caractéristiques comme les phases fer-carbone (ferrite/perlite) observées dans les aciers ; à la place, vous verrez différents composés intermétalliques ou précipités selon l'alliage. En résumé, alors que l’objectif de la métallographie est similaire pour tout métal (révéler la microstructure), les consommables de préparation et les agents de gravure ainsi que les structures résultantes pour l’aluminium sont distincts.

Quels sont les tests courants inclus dans les tests d'aluminium en plus de la métallographie ?

Au-delà de l’examen métallographique, les tests de l’aluminium peuvent englober plusieurs tests mécaniques et chimiques. Les tests mécaniques courants comprennent les tests de dureté (en utilisant, par exemple, un testeur de dureté Vickers pour mesurer la résistance de l'aluminium à l'indentation), les tests de traction (pour mesurer la limite d'élasticité, la résistance à la traction ultime et l'allongement) et les tests d'impact (pour la ténacité). Les tests de dureté sont souvent effectués sur le même échantillon préparé pour la métallographie, en particulier avec des empreintes de microdureté pour corréler la dureté avec les caractéristiques microstructurelles.

L'analyse chimique (utilisant des techniques de spectroscopie) est un autre aspect des tests de l'aluminium pour vérifier la composition de l'alliage. Les tests de corrosion peuvent être effectués pour des applications telles que la marine ou l'aérospatiale, où des échantillons d'aluminium sont exposés au brouillard salin ou à l'humidité pour évaluer les revêtements protecteurs ou la résistance des alliages. Les tests de fatigue et les tests de fluage sont des tests plus spécialisés pour l'aluminium utilisé dans des environnements à fortes contraintes. En résumé, la métallographie fournit une évaluation interne visuelle, et ces autres tests mesurent les caractéristiques de performance ; ensemble, ils donnent une compréhension complète de la qualité et de l'adéquation d'un matériau en aluminium.

Quels agents de gravure sont utilisés pour révéler les microstructures de l’aluminium ?

Plusieurs agents de gravure chimiques sont utilisés en métallographie de l'aluminium, choisis en fonction du type d'alliage et de la caractéristique que l'on souhaite révéler. Le réactif de gravure général le plus largement utilisé est le réactif de Keller, qui contient généralement de l'acide nitrique, de l'acide chlorhydrique, de l'acide fluorhydrique et de l'eau dans un rapport spécifique. Il est efficace pour de nombreux alliages d'aluminium forgés et coulés pour montrer les limites des grains et les secondes phases. Le réactif de Kroll (un mélange d'acides initialement destiné au titane) peut être adapté à certains alliages d'aluminium, en particulier ceux contenant du cuivre (il est connu pour être utilisé sur les alliages aluminium-cuivre). Le réactif de Weck est utilisé pour la gravure en couleur : après gravure avec Weck et observation sous lumière polarisée, on peut voir des contrastes de couleur dans la microstructure (utile pour différencier les constituants ou voir la structure des grains dans certains alliages d'aluminium).

Une autre méthode est le réactif de Barker, qui n'est pas utilisé par simple gravure par immersion mais plutôt dans un processus d'anodisation électrolytique - il révèle la structure des grains lorsqu'il est observé en lumière polarisée et est souvent utilisé pour une mesure précise de la taille des grains dans l'aluminium. Il existe également des agents de gravure alcalins (comme les solutions d'hydroxyde de sodium) qui peuvent être utilisés pour pré-graver l'aluminium afin de montrer des caractéristiques telles que la ségrégation ou pour contraster les particules (bien qu'ils doivent être utilisés avec précaution pour ne pas trop graver la matrice). Le choix du produit de gravure dépend des informations nécessaires : les métallographes peuvent essayer plusieurs produits de gravure sur plusieurs échantillons ou effectuer une gravure séquentielle (graver, observer, puis repolir et graver avec un autre) pour obtenir une image complète de la microstructure de l'aluminium.

Comment les tests de dureté aident-ils à la métallographie de l'aluminium ?

Les tests de dureté complètent la métallographie en fournissant des données quantitatives sur les propriétés mécaniques d'un matériau, qui peuvent être corrélées avec la microstructure observée. Pour les alliages d’aluminium, la dureté est souvent un indicateur de résistance (par exemple, un alliage d’aluminium traité thermiquement qui a formé un réseau dense de précipités fins présentera généralement une dureté plus élevée). En pratique, après avoir préparé un échantillon métallographique d'aluminium, un métallographe peut effectuer une série d'empreintes de microdureté sur différentes régions d'intérêt - comme sur une soudure du métal de soudure, à travers la zone affectée par la chaleur, jusqu'au métal de base - pour voir comment la dureté change. Lors de l'examen de la microstructure, ces emplacements d'indentation peuvent être visualisés pour comprendre pourquoi une zone est plus dure ou plus molle (peut-être que la zone la plus dure avait des grains plus petits ou plus de précipités de renforcement).

Les tests de dureté sont relativement rapides et peuvent être effectués sur le même petit échantillon, c'est donc un moyen pratique de renforcer l'analyse métallographique avec des chiffres. Dans un environnement de production, les contrôles de dureté sur les pièces en aluminium constituent une étape rapide de contrôle qualité, et si les valeurs sont erronées, la métallographie peut alors être utilisée pour rechercher la cause (par exemple, une dureté étonnamment basse pourrait inciter à examiner au microscope pour voir si les précipités se sont dissous, indiquant une exposition à une température excessive). Essentiellement, les tests de dureté et la métallographie donnent ensemble une histoire plus complète : l’un dit « à quel point c’est dur ou résistant », l’autre dit « pourquoi c’est dur » en révélant la structure.

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