Aluminium 7075 : Propriétés, avantages et utilisations

L'aluminium 7075 est un alliage à haute résistance, pouvant être traité thermiquement, apprécié pour ses excellentes propriétés mécaniques et son rapport résistance/poids. Cet alliage est principalement composé d'aluminium, de zinc et de petites quantités de magnésium et de cuivre. Il présente donc une excellente résistance aux contraintes et à la fatigue. Cet article explore les principales propriétés, les techniques de traitement et les applications de l'aluminium 7075, afin que les lecteurs puissent avoir une vue d'ensemble des capacités de cet alliage dans différents contextes industriels.

Vue d'ensemble de l'aluminium 7075

L'aluminium est un alliage pouvant être traité thermiquement qui appartient à la série 7xxx des alliages d'aluminium. Il est principalement allié au zinc avec une teneur d'environ 6%. Cette nuance est connue pour ses excellentes propriétés mécaniques telles que sa haute résistance, sa légèreté et sa résistance à la fatigue. Bien que l'aluminium 7075 ait une excellente résistance, il peut être sujet à la corrosion fissurante sous contrainte dans certains environnements et nécessite souvent des revêtements protecteurs ou une anodisation pour améliorer sa résistance à la corrosion.

L'aluminium 7075 est composé de 5,1-6,1% de zinc, 2,1-2,9% de magnésium et 1,2-2,0% de cuivre, ainsi que de traces d'autres éléments tels que le chrome, le silicium et le manganèse.

Tableau 1. Composition des alliages d'aluminium 7075 (%)

Al		Zn	Mg	Cu	Cr	Fe	Mn	Ti	Si
Reste		5.1-6.1	2.1-2.9	1.2-2.0	0.18-0.28	0.50	0.30	0.20	0.40

Températures de l'aluminium 7075

Les températures couramment utilisées pour l'aluminium 7075 sont O-temper, T6, T651, T7, T7351.

7075-O

Il s'agit d'un alliage 7075 non traité thermiquement dont la résistance maximale à la traction ne dépasse pas 240 MPa et dont la limite d'élasticité ne dépasse pas 120 Mpa. Le matériau présente une excellente résistance à la corrosion et à la fatigue.

7075-T6

7075-T6 est un matériau traité thermiquement et vieilli artificiellement. Ce matériau a une résistance maximale à la traction ne dépassant pas 560 MPa et une limite d'élasticité maximale ne dépassant pas 480 Mpa. Il s'agit de l'état le plus couramment utilisé de l'alliage d'aluminium 7075.

7075-T651

7075 -T651 est soumis à un traitement thermique de mise en solution, à un traitement de détente, puis à un vieillissement artificiel. Ce matériau a une résistance maximale à la traction ne dépassant pas 550 MPa et une limite d'élasticité maximale ne dépassant pas 460 Mpa. Le détensionnement est réalisé en étirant le métal d'une quantité qui dépend du type de produit corroyé standard fabriqué (feuille, plaque, barre ou forgeage).

7075-T7

Le 7075-T7 est un matériau traité thermiquement par mise en solution et stabilisé par moyennage artificiel. Ce matériau a une résistance maximale à la traction ne dépassant pas 500 MPa et une limite d'élasticité maximale ne dépassant pas 410 Mpa. Il possède la deuxième ductilité la plus élevée par rapport aux autres variantes de l'aluminium 7075.

7075-T7351

Le matériau 7075-T7351 est traité thermiquement par mise en solution, détendu sous contrainte, puis stabilisé par moyennage artificiel. Ce matériau a une résistance maximale à la traction ne dépassant pas 510 MPa et une limite d'élasticité maximale ne dépassant pas 410 Mpa.

Tableau 2. Propriétés mécaniques de l'alliage d'aluminium 7075

Tempérer	Résistance à la traction, MPa	Limite d'élasticité, MPa	Élongation, %	Dureté, HB
7075-O	240	120	12	59
7075-T6	560	480	8	150
7075-T651	550	460	8	150
7075-T7	500	410	9	N/A
7075-T7351	510	410	7.5	140

Propriétés de l'aluminium 7075

L'aluminium 7075 est un alliage haute performance connu pour ses bonnes propriétés mécaniques, en particulier son rapport résistance/poids, ce qui en fait un choix idéal pour les industries exigeantes telles que l'aérospatiale et l'automobile. Pour bien comprendre pourquoi l'aluminium 7075 est si apprécié, il est important d'examiner plus en détail les principales propriétés de ce matériau.

Résistance à la traction : 560 MPa

La résistance à la traction est la plus grande contrainte qu'un matériau peut supporter lorsqu'il est étiré ou tiré avant de se rompre. À cet égard, l'aluminium 7075 a une résistance à la traction de 560 MPa, c'est-à-dire qu'il peut supporter des forces élevées avant de se rompre. Ce niveau de résistance à la traction fait de l'aluminium 7075 un matériau idéal pour les applications nécessitant une résistance à des forces élevées, sans étirement ni rupture, comme les composants structurels des avions et autres équipements militaires.

Limite d'élasticité : 480 MPa

La limite d'élasticité est la contrainte à laquelle le matériau commence à se déformer plastiquement, ce qui signifie qu'il ne reviendra plus à sa forme initiale une fois la contrainte supprimée. La limite d'élasticité de l'aluminium 7075 est de 480 MPa. Il s'agit de l'une des propriétés les plus critiques, car elle détermine la charge maximale que le matériau peut supporter sans se plier ou se déformer de manière permanente.

D'un point de vue pratique, cette limite d'élasticité élevée fait de l'aluminium 7075 un excellent matériau pour les composants qui doivent conserver leur forme lorsqu'ils sont soumis à de lourdes charges, comme les ailes d'avion, les cadres de fuselage et d'autres éléments structurels dans le domaine de l'ingénierie aérospatiale.

Dureté : 150 HB

La dureté fait référence à la résistance à l'indentation, à l'abrasion ou à la rayure. La dureté de l'aluminium 7075 est évaluée à 150 HB (dureté Brinell). Cette propriété est particulièrement intéressante pour les pièces qui seront soumises à l'usure ou dont la surface doit être suffisamment résistante pour supporter les dommages en surface.

D'une manière générale, plus la dureté augmente, plus la résistance à l'usure s'accroît, mais plus il devient difficile de l'usiner. En ce qui concerne le 7075, il excellera donc dans des domaines tels que les engrenages, l'outillage et les pièces à forte usure utilisées dans les machines, l'aérospatiale et les applications militaires.

Densité : 2,85 g/cm³

La densité est définie comme la masse d'un matériau par unité de volume. La densité de l'aluminium 7075 est de 2,85 g/cm³, ce qui le place dans la tranche inférieure par rapport à d'autres matériaux tels que l'acier ou le titane. Cela permet à l'alliage de rester léger en termes de poids, ce qui est très important lorsque le poids est une priorité pour tout le monde.

Conductivité électrique : 33% IACS

La conductivité électrique est la capacité d'un matériau à conduire le courant électrique. L'aluminium 7075 a une conductivité électrique de 33% IACS (International Annealed Copper Standard). Cela signifie que l'aluminium 7075 est moins conducteur que l'aluminium pur, dont la conductivité est d'environ 60% IACS.

Conductivité thermique : 130 W/m-K

La conductivité thermique décrit la capacité d'un matériau à conduire la chaleur. Pour l'aluminium 7075, cette valeur est de 130 W/m-K. Bien que cette valeur ne représente que la moitié de celle de l'aluminium pur (235 W/m-K), elle permet à l'aluminium 7075 de fonctionner de manière adéquate dans la plupart des applications où un important transfert de chaleur a lieu.

Dilatation thermique : 23 µm/m-K

La dilatation thermique est le processus d'augmentation de la taille du matériau à mesure qu'il gagne de la chaleur. Le coefficient de dilatation thermique de l'aluminium 7075 est de 23 µm/m-K, ce qui signifie que pour chaque mètre, la longueur augmente de 23 microns lorsque la température augmente de 1°C. Cela représente une dilatation thermique assez faible ; par conséquent, les changements de température ne perturbent pas la stabilité dimensionnelle de l'aluminium 7075.

Module d'élasticité : 70 GPa

Le module d'élasticité est une mesure de la rigidité d'un matériau ou de sa résistance à la déformation lorsqu'il est soumis à une contrainte. Le module d'élasticité de l'aluminium 7075 est de 70 GPa. Cela signifie que l'alliage est assez rigide puisqu'il n'a qu'une très faible tendance à se déformer sous l'effet d'une charge. L'aluminium 7075 a un module d'élasticité élevé, ce qui le rend particulièrement adapté aux applications nécessitant une stabilité dimensionnelle et une faible déformation. La rigidité de l'aluminium 7075 peut être mise à profit pour des éléments tels que les ailes d'avion et les poutres structurelles de machines à haute performance, afin de garantir qu'ils conservent leur forme et leur résistance sous de lourdes charges ou contraintes.

Point de fusion : 480°C

Le point de fusion est la température à laquelle un matériau passe de l'état solide à l'état liquide. La température de fusion de l'aluminium 7075 est de 480°C, ce qui est assez élevé. Il peut donc parfaitement s'appliquer à des conditions où il est soumis à une exposition à des températures extrêmes sans perdre son intégrité.

Soudabilité : Médiocre

L'aluminium 7075 est très peu soudable, sa grande résistance, combinée à sa composition de zinc et de cuivre, entraîne très facilement des fissures au cours du processus de soudage lui-même. Des techniques spécifiques, telles que le préchauffage, le refroidissement contrôlé et des matériaux d'apport particuliers, sont utilisées pour obtenir un soudage fiable. C'est pourquoi l'aluminium 7075 n'est normalement pas choisi pour une application qui implique obligatoirement le soudage ; on a plutôt recours à d'autres types d'assemblage, tels que le boulonnage, le rivetage ou le collage.

Cependant, l'aluminium 7075 peut présenter une bonne soudabilité avec les techniques appropriées.

La méthode la plus courante est le soudage à l'arc au gaz tungstène (GTAW), qui permet d'obtenir des soudures de haute qualité.

Le soudage à l'arc sous gaz (GMAW) est également possible, mais il faut veiller à minimiser l'apport de chaleur et à éviter les fissures dues à la chaleur pendant le processus de soudage.

Le soudage par points résistant à l'aide d'une électrode tronquée est très efficace pour assembler le 7075, mais les interfaces de soudage doivent être soigneusement nettoyées pour garantir une liaison solide.

Le soudage par friction-malaxage (FSW) permet d'obtenir des soudures à l'état solide de haute qualité à toutes les températures de l'aluminium 7075.

Résistance à la corrosion : Généralités

La résistance générale à la corrosion de l'aluminium 7075 est relativement plus faible que celle d'autres alliages d'aluminium, tels que l'aluminium 6061. Toutefois, sa principale faiblesse réside dans sa susceptibilité à la fissuration par corrosion sous contrainte dans des conditions que l'on pourrait qualifier d'extrêmes, par exemple dans un environnement marin ou dans des conditions fortement acides. Pour contourner ce problème, l'aluminium 7075 est généralement anodisé ou revêtu d'une couche protectrice qui le rend résistant à la corrosion.

Tableau 3. Propriétés des alliages d'aluminium 7075 (T6)

Propriétés	Valeur
Résistance à la traction, MPa	560
Résistance à la traction, MPa	480
Dureté, HB	150
Densité, g/cm3	2.85
Conductivité électrique, IACS	33
Conductivité thermique, W/m-K	130
Dilatation thermique, µm/m-K	23
Module d'élasticité, GPa	70
Point de fusion, ℃	480
Soudabilité	Pauvre
Résistance à la corrosion	Général

Le prix de l'aluminium est de 7075

Plusieurs facteurs contribuent au prix de l'aluminium 7075 : la demande du marché, le coût de production, le fournisseur et les spécifications du matériau. Le prix est généralement plus élevé que celui des autres alliages à base d'aluminium parce qu'il s'agit d'un alliage à haute résistance et que son processus de production est complexe.

Le prix général d'une tôle en alliage d'aluminium 7075 est d'environ $10-20 par kg, en fonction de la taille et de l'épaisseur, traitement de surfaceet la quantité achetée.

Le prix d'une barre ronde en alliage d'aluminium 7075 est d'environ $12-22 par kg ; les devis détaillés doivent être basés sur le diamètre d'une barre et selon le fournisseur.

S'il s'agit d'un alliage 7075-T6, il sera certainement plus cher en raison du renforcement du traitement thermique qui améliore les propriétés du matériau. En général, l'alliage 7075-T6 coûte environ 5-15% de plus que l'alliage d'aluminium 7075 normal.

Avantages de l'aluminium 7075

L'aluminium 7075 présente les avantages d'une grande solidité et d'une bonne résistance à la fatigue, ce qui est particulièrement approprié pour les applications qui nécessitent un matériau de haute performance. L'industrie aérospatiale et l'industrie militaire en sont des exemples. Une teneur élevée en zinc assure un renforcement significatif par durcissement par précipitation dans le 7075, tandis que la teneur relativement élevée en chrome améliore la ductilité et la ténacité de l'alliage en réduisant la croissance des cristaux.

Cependant, l'aluminium 7075 présente certains inconvénients, comme la résistance à la corrosion, évaluée comme moyenne par rapport à d'autres catégories d'alliages d'aluminium, par exemple la série 2000. En outre, cet alliage est difficilement soudable et, par conséquent, fabriqué, où il est très sensible aux techniques de soudage et aux conditions de traitement. Compte tenu de ces inconvénients, l'excellent rapport résistance/poids et la résistance à la fatigue de cet alliage en font un choix pour les applications très exigeantes où les performances ne peuvent être compromises.

Procédés d'usinage pour l'aluminium 7075

L'alliage d'aluminium 7075 a une bonne usinabilité, mais en raison de son intensité et de sa dureté élevées, le choix des méthodes et des paramètres d'usinage doit être bien étudié pour éviter les défauts tels que l'usure de l'outil, la production de chaleur et la distorsion du matériau.

Les pièces de précision peuvent être fabriquées en aluminium 7075 par des méthodes de coupe traditionnelles telles que fraisage, tournantet le perçage. Compte tenu de la grande résistance du matériau, il convient d'utiliser des outils de coupe tranchants et de haute qualité, et d'optimiser les vitesses de coupe et les avances, ainsi que l'utilisation de liquide de refroidissement pour minimiser la production de chaleur. Les techniques de finition de surface, telles que anodisationLa plupart des produits de la gamme sont également utilisés pour améliorer la résistance à la corrosion et l'aspect esthétique.

Pour les géométries complexes, l'aluminium 7075 peut également être traité avec succès à l'aide de la technologie Usinage CNCqui permet une grande précision et une bonne répétabilité. Dans certains cas, l'usinage par décharge électrique（EDM）peut être une méthode non traditionnelle pour produire une forme complexe. Un outillage correct, associé à une bonne gestion de la chaleur et au respect des meilleures pratiques d'usinage, permet à l'alliage de conserver ses propriétés mécaniques pour obtenir une finition de surface et une bonne précision dimensionnelle.

Applications de l'aluminium 7075

L'aluminium 7075 est largement utilisé dans de nombreuses applications industrielles en raison de ses excellentes propriétés mécaniques. Il est surtout utilisé dans l'industrie aérospatiale, où il sert de matériau pour les pièces structurelles telles que les ailes, les fuselages et les trains d'atterrissage des avions. L'alliage est également utilisé dans l'équipement militaire, y compris les pièces de véhicules, les coques de bateaux, les cadres de vélo et les équipements sportifs haut de gamme, en raison de la combinaison de sa résistance et de sa faible masse. Une autre utilisation importante de l'aluminium 7075 est l'usinage de précision de pièces soumises à de fortes contraintes pour l'automobile, les machines industrielles et les applications d'outillage où les performances et la longévité sont essentielles.

Conclusion

L'aluminium 7075 est considéré comme un choix préférable en raison de sa résistance et de sa durabilité exceptionnelles. Cependant, ses caractéristiques d'usinage et de soudage doivent être correctement sélectionnées afin d'obtenir les meilleurs résultats lors de la production. Les propriétés du 7075 peuvent être adaptées en utilisant différents procédés de traitement thermique, traitements de surface et techniques d'usinage pour répondre à des critères de performance spécifiques. Bien que son coût et les difficultés de traitement qui lui sont associées puissent limiter son application dans certains domaines, les avantages des performances dans des conditions de haut niveau dans les secteurs de l'aérospatiale et de la mécanique de précision continuent de l'emporter sur les inconvénients.