T6 vs T651 : désignation et comparaison des trempes en alliage d'aluminium

Aluminium est un matériau structurel connu pour ses propriétés légères. Il peut être rendu encore plus résistant par alliage et soumis à un traitement thermique ou à un écrouissage. Le caractère, en plus des éléments d'alliage, affecte également les propriétés du métal.

L'aluminium T6 et l'aluminium T651 sont des alliages d'aluminium traités thermiquement qui partagent des caractéristiques communes telles que la solidité, la légèreté et la résistance à la corrosion. Ces propriétés les rendent adaptés à diverses applications. Cependant, ils présentent des différences distinctes et le choix entre les deux dépendra de l’application spécifique.

Pour mieux comprendre ces différences, il est essentiel de se renseigner sur le système de désignation de l'état de l'aluminium. En comprenant les différents états de l'alliage d'aluminium, vous pouvez ainsi sélectionner le matériau approprié pour Usinage CNC de l'aluminium.

Système commun de désignation de l’état de trempe pour les alliages d’aluminium

Les alliages d'aluminium sont classés en différentes désignations de trempe, chacune représentant un traitement ou un processus spécifique appliqué au matériau. Il existe cinq désignations de base de trempe :

1. F (tel que fabriqué) : il est utilisé pour les produits en aluminium forgé ou moulé qui ont subi un processus de façonnage tel que le laminage, l'extrusion, le forgeage, l'étirage ou fonderie. La trempe F indique qu'il n'y a pas eu de contrôle particulier sur les conditions thermiques ou les processus d'écrouissage pendant le travail du matériau. La plupart des produits trempés F sont considérés comme des produits « semi-finis ».
2. O (recuit) : l'état O est utilisé pour les produits en aluminium forgé ou moulé qui ont été façonnés par étirage, moulage, laminage, extrusion ou forgeage et qui, à un moment donné du processus, ont été recuits. Le recuit est un processus de traitement thermique utilisé pour obtenir la condition de résistance la plus faible du matériau. Cette désignation de trempe est choisie pour maximiser la maniabilité ultérieure ou pour améliorer la ductilité et la ténacité.
3. H (écroui sous contrainte) : il est utilisé pour les alliages corroyés non traitables thermiquement qui ont subi un processus appelé écrouissage ou écrouissage. L'écrouissage est une méthode permettant d'augmenter la résistance de l'alliage en le soumettant à une déformation plastique, telle que le travail à froid.
4. W (traitement thermique en solution) : la trempe W est limitée dans son utilisation et ne s'applique qu'aux alliages qui vieillissent naturellement et spontanément après avoir subi traitement thermique en solution. Le traitement thermique de mise en solution consiste à chauffer l'alliage à une température spécifique, puis à le refroidir rapidement pour obtenir des propriétés spécifiques. Cela indique que le matériau a été traité thermiquement en solution.
5. T (traité thermiquement) : utilisé pour les alliages qui ont été traités thermiquement pour produire des états stables autres que F, O ou H. Lorsqu'un produit est traité thermiquement, il est désigné par un état « -T ». Le chiffre après le T indique le traitement thermique spécifique appliqué à l'alliage. Cela peut inclure des traitements supplémentaires avec ou sans écrouissage.

Désignations de trempe « T » pour l'alliage d'aluminium

La désignation de trempe dans les alliages d'aluminium est indiquée par un suffixe avec trait d'union ajouté au numéro d'alliage de base, tel que « -T651 » dans « 6061-T651 ». Le premier caractère, comme le « T », indique le type de traitement qu'a subi l'alliage. Le chiffre qui suit le caractère, ainsi que la lettre majuscule, représentent le type et l'ordre d'opération spécifiques.

Lorsqu’il s’agit d’alliages d’aluminium corroyés, un numéro à quatre chiffres leur est généralement attribué. Le premier chiffre de ce numéro identifie le principal élément d'alliage utilisé dans l'alliage, comme indiqué dans le tableau ci-dessous. Pour les alliages de fonderie, le quatrième chiffre est séparé des trois premiers chiffres par un point décimal et indique la forme de l'alliage, qu'il s'agisse d'une pièce moulée ou d'un lingot. Par exemple, les séries 1xxx, 3xxx, 5xxx et 7xxx désignent des alliages d'aluminium forgés, tandis que les séries 1xx.x, 3xx.x, 5xx.x et 7xx.x représentent des alliages d'aluminium moulés.

En termes de traitement thermique, les séries 1xxx, 3xxx et 5xxx sont des alliages ne pouvant pas être traités thermiquement, tandis que les séries 2xxx, 6xxx et 7xxx sont des alliages pouvant être traités thermiquement. La série 4xxx, en revanche, peut contenir des alliages traitables thermiquement et non traitables thermiquement.

Subdivisions de T Temper

Voici les différentes subdivisions de trempe T et leurs traitements correspondants pour les alliages d'aluminium :

• T1 : L'alliage est refroidi à partir d'un processus de mise en forme à température élevée et naturellement vieilli pour atteindre un état stable.
• T2 : Cette trempe est spécifiquement destinée aux produits coulés qui ont été recuits.
• T3 : L'alliage est soumis à une mise en solution puis à un écrouissage.
• T4 : L'alliage subit un traitement thermique de mise en solution et est naturellement vieilli pour atteindre un état stable.
• T5 : L'alliage est refroidi après un processus de mise en forme à température élevée, puis vieilli artificiellement.
• T6 : Il s’agit de l’une des désignations de trempe les plus courantes, comme 6061-T6. Il s'agit d'un traitement thermique de mise en solution suivi de vieillissement artificiel. De nombreux alliages dans les conditions -W et -T4 sont vieillis artificiellement pour atteindre l'état T6. Ce traitement offre un durcissement par précipitation maximal et donc une limite d'élasticité maximale.
• T7 : Il est soumis à un traitement thermique de mise en solution puis à une stabilisation.
• T8 : Cela implique un traitement thermique en solution, un écrouissage et un vieillissement artificiel.
• T9 : L'alliage subit un traitement thermique de mise en solution, un vieillissement artificiel, puis un écrouissage.
• T10 : L'alliage est refroidi à partir d'un processus de mise en forme à température élevée, vieilli artificiellement, puis travaillé à froid.

À propos de l'aluminium T6 et de l'aluminium T651

À propos de l'aluminium T6

Le T6 est un état très recherché pour les alliages d'aluminium en raison de sa résistance remarquable et de ses propriétés mécaniques exceptionnelles. Il est largement utilisé dans diverses applications industrielles. Outre les éléments d'alliage, le processus de trempe joue également un rôle important dans l'amélioration des propriétés de l'alliage d'aluminium.

Trempe de l'aluminium T6

Comme mentionné précédemment, les alliages d’aluminium ont principalement cinq désignations de trempe. La désignation « T » est utilisée pour les alliages ayant subi un traitement thermique. Le chiffre qui suit le « T » représente un processus de traitement thermique spécifique. Dans l'état T6 pour l'aluminium, l'alliage subit une séquence de traitements qui commence par un traitement thermique en solution et est suivi d'un vieillissement artificiel.

Processus de traitement thermique

Tout d'abord, l'alliage est soumis à un processus de solution solide en le chauffant à 525 ℃ pendant une heure. Ce traitement garantit que l'alliage devient totalement homogène à l'état solide, ce qui signifie que tous les éléments d'alliage sont uniformément répartis. L'alliage est ensuite trempé dans l'eau pour éviter la formation de précipités. Par conséquent, à température ambiante, tous les éléments d’alliage restent dans la solution solide. La trempe rapide n’est pas intentionnellement effectuée pour renforcer l’alliage, mais elle contribue à augmenter la résistance.

Par la suite, si l'alliage est chauffé dans la plage de température de 162 à 205 ℃, les éléments d'alliage commencent à précipiter et à former des réseaux ordonnés appelés zones GP. Ces zones GP confèrent à l’alliage d’aluminium la résistance nécessaire. La durée de chauffage varie en fonction de la température : allant de 1 heure à 205℃ à 8 heures à 162℃. Malgré les différentes vitesses de chauffage et températures, des résultats similaires sont généralement obtenus.

Pour mieux comprendre le traitement thermique dans les industries, vous pouvez vous référer au lien youtube suivant :

Propriétés mécaniques de l'aluminium T6

L'application de la trempe T6 à l'aluminium entraîne une augmentation significative de la limite d'élasticité, avec une amélioration d'environ quatre fois par rapport à l'aluminium trempé 0. Par exemple, prenons l'exemple de Aluminium 6061 à l'état de revenu 0, qui présente une limite d'élasticité de 55 MPa et une résistance à la traction de 125 MPa. Lorsque ce même alliage d'aluminium est traité avec la trempe T6, la limite d'élasticité peut atteindre un minimum de 240 MPa et la résistance à la traction peut dépasser 290 MPa.

Cette augmentation substantielle de la résistance, combinée à son faible poids, confère aux alliages d'aluminium trempés T6 un avantage par rapport aux autres matériaux. En conséquence, ils trouvent des applications répandues dans diverses industries.

L'alliage d'aluminium trempé T6 est très utilisé, principalement en raison de son rapport résistance/poids élevé, de sa soudabilité et de sa résistance à la corrosion. Voici quelques-unes de ses principales applications :

• Motomarine : L’aluminium trempé T6 est largement utilisé dans la fabrication de motomarines en raison de sa résistance exceptionnelle à la corrosion, ce qui le rend idéal pour les environnements marins.
• Avions commerciaux et militaires : L’alliage d’aluminium trempé T6 est largement utilisé dans l’industrie aérospatiale, tant dans les avions commerciaux que militaires. Sa combinaison de propriétés de résistance et de légèreté contribue à améliorer le rendement énergétique et les performances globales.
• Cadres de vélo : l'aluminium trempé T6 est un choix populaire pour les cadres de vélo, car il offre la résistance nécessaire tout en maintenant le poids du cadre relativement faible.
• Pièces automobiles : divers composants de l'industrie automobile bénéficient des caractéristiques de résistance et de légèreté de l'aluminium trempé T6. Ceux-ci incluent des pièces de moteur, des composants de châssis et des panneaux de carrosserie.
• Moulinets de pêche et échelles de pompier : L'aluminium trempé T6 est également utilisé dans la fabrication de moulinets de pêche en raison de sa résistance à la corrosion et de sa légèreté. Les échelles de pompiers utilisent également souvent cet alliage d'aluminium pour son rapport résistance/poids.

Avantages et inconvénients de l'aluminium T6

Avantages

• Le processus de trempe T6 permet d'obtenir un matériau en aluminium léger et à haute résistance.
• Il améliore la résistance à la corrosion de l’aluminium, le rendant ainsi très résistant à la détérioration causée par divers facteurs environnementaux. Il présente également une bonne soudabilité, ce qui facilite l'assemblage ou la fabrication.
• Comparé à d'autres alliages d'aluminium à haute résistance, l'aluminium trempé T6 démontre également une formabilité améliorée, permettant une mise en forme et un moulage plus faciles. Il présente également une usinabilité élevée qui lui permet de travailler avec diverses techniques ou processus d'usinage.

Désavantages

• Les propriétés idéales de l'aluminium trempé T6 sont obtenues grâce à un processus de traitement thermique complexe, qui nécessite une attention méticuleuse aux paramètres tels que la vitesse de chauffage, la durée et la température.
• Cependant, en raison des subtilités impliquées dans son traitement thermique, l’aluminium trempé T6 a tendance à être plus cher que d’autres qualités d’aluminium comme le T5.
• Il convient de noter que le revenu T6 peut entraîner une réduction de la ductilité de l'échantillon d'aluminium. Cela signifie que le matériau devient moins flexible ou malléable.
• De plus, lorsque l’on travaille avec des échantillons d’aluminium plus épais, la réalisation d’un traitement thermique efficace peut présenter des défis en raison d’un refroidissement inégal pendant le processus de trempe T6. Des modifications du processus de revenu peuvent être nécessaires pour les échantillons plus épais afin de garantir un traitement thermique optimal, permettant ainsi d'économiser du temps et du matériel.

À propos de l'aluminium T651

L'aluminium T651 est essentiellement un sous-ensemble de l'état T6, offrant une aptitude au traitement améliorée par rapport aux alliages trempés T6. Cela le rend particulièrement utile pour les processus d'usinage tels que le meulage, la découpe et polissage. Lorsque vous devez travailler l'aluminium dans ce type d'opérations d'usinage, l'état T651 offre une facilité de traitement accrue.

Trempe de l'aluminium T651

Le processus de trempe du T651 commence par la création d'une solution solide. Ensuite, une relaxation des contraintes est effectuée en étirant le matériau. Enfin, un vieillissement artificiel est effectué pour atteindre cet état.  

Processus de traitement thermique

Le processus de traitement thermique pour obtenir la trempe T651 diffère de la trempe T6. En plus des étapes impliquées dans la trempe T6, la trempe T651 comprend une étape supplémentaire appelée soulagement du stress.

Après le processus de trempe, qui refroidit rapidement l'alliage, une relaxation des contraintes est effectuée pour atténuer les contraintes internes emprisonnées dans le matériau. Ceci est réalisé en étirant mécaniquement l'échantillon, également appelé étirement refroidi, à l'aide d'une machine d'étirage spécialisée. Cette étape améliore la stabilité dimensionnelle de l’alliage, lui permettant de conserver sa forme lors du traitement et de l’utilisation ultérieurs.

Après la relaxation du stress, le processus de vieillissement se déroule de la même manière que pour la trempe T6. Il s'agit de soumettre le matériau à un traitement thermique contrôlé pour favoriser la formation de précipités renforçants au sein de l'aluminium.

L'incorporation d'un soulagement des contraintes dans la trempe T651 améliore les propriétés globales et la stabilité dimensionnelle de l'alliage.

Propriétés mécaniques de l'aluminium T651

L'état T651 de l'aluminium 6061 conserve ses propriétés mécaniques, notamment son module élastique, sa résistance à la traction et sa dureté. Ce maintien d'un rapport résistance/poids et d'une dureté élevés le rend parfaitement adapté à diverses applications de traitement.

Pendant le traitement, une fois la force externe supprimée, les contraintes internes restent au sein du matériau. Ces contraintes internes peuvent provoquer un effet de récupération, entraînant des changements observables de taille ou de forme.

L'état T651 est largement utilisé dans les appareils fixes, tels que la fabrication de moules, les composants aérospatiaux et électriques, Pièces automobiles, plaques épaisses, matriçage, et usinage de précision.

Avantages et inconvénients de l'aluminium T651

Avantages

• La trempe T651 conserve toutes les excellentes propriétés fournies par la trempe T6, notamment sa haute résistance, sa résistance à la corrosion, sa légèreté et sa soudabilité.
• L'état T651 est parfaitement adapté aux processus d'usinage car il aide à prévenir la déformation du matériau et améliore la stabilité dimensionnelle après le traitement.

Désavantages

• L'inclusion d'une étape supplémentaire dans processus de traitement thermique La trempe T651 la rend plus coûteuse que la trempe T6.
• La présence d'une étape supplémentaire impliquant un étirement contrôlé dans le processus de trempe T651 entraîne une augmentation du temps de traitement.

Différence entre les états T6 et T651

T6 : traitement en solution + vieillissement artificiel. Cette trempe convient lorsqu'il n'y a pas besoin d'une stabilité dimensionnelle précise ou d'une surépaisseur élastique dans la pièce. 

T651 : solution de traitement + anti-stress par étirements + vieillissement artificiel. Il est recommandé pour les pièces précises afin d'éviter la récupération élastique après le traitement et d'assurer la stabilité dimensionnelle.

La trempe T651 présente une usinabilité supérieure à celle de la trempe T6. Il démontre également une distorsion réduite après le traitement, ce qui en fait le choix préféré dans les applications nécessitant des formes complexes et une grande précision. Cependant, les alliages trempés T651 sont généralement plus chers que les alliages trempés T6. Le tableau suivant présente une comparaison des propriétés de ces deux états :

Aluminium 6061 T6 contre T651

Les propriétés mécaniques de l'aluminium 6061 peuvent être modifiées grâce à différentes méthodes de traitement thermique sans modifier les éléments d'alliage. Voici une comparaison entre l'aluminium 6061 T6 et le T651:

Force

Les aluminiums 6061 T6 et T651 ont une résistance à la traction similaire, environ 310 MPa. Ils ont probablement la même densité, ce qui se traduit par un rapport résistance/poids élevé. Pendant le processus de traitement thermique, seul l'étirement est effectué, sans modifier les autres paramètres, contribuant ainsi à leurs caractéristiques de haute résistance.

Traitement thermique

Dans l'état T6, l'alliage est chauffé à 980°F pendant une heure puis trempé dans l'eau. Ce processus de trempe emprisonne les contraintes résiduelles à l’intérieur de l’échantillon en raison d’un refroidissement irrégulier du noyau et de la surface. En revanche, le revenu T651 consiste à étirer l'échantillon trempé de 1 à 3% à l'aide d'une machine d'étirage pour éliminer ces contraintes résiduelles.

Stabilité dimensionnelle

Les plaques d'aluminium 6061 T651 présentent une stabilité dimensionnelle supérieure. L'absence de contraintes internes permet un usinage sans déformer l'échantillon final. En comparaison, l'état T6 offre une résistance élevée mais est sujet à des distorsions importantes lors des processus d'usinage.

Applications

En raison de son excellente stabilité dimensionnelle et de sa grande usinabilité, le T651 est couramment utilisé dans des applications sophistiquées. Les états T6 et T651 sont très populaires dans diverses industries et ont un taux d'utilisation plus élevé que les autres alliages d'aluminium.  

Aluminium 7075 T6 contre T651

Aluminium 7075-T6

L'aluminium 7075-T6 est une nuance d'alliage d'aluminium 7075 qui a été soumise à la trempe T6. Cette trempe est obtenue grâce à un processus en deux étapes impliquant un traitement en solution et un vieillissement artificiel. Lors du traitement en solution, l'aluminium est chauffé à environ 450 °C pendant une durée spécifique, suivi d'une trempe rapide. Le matériau est ensuite vieilli artificiellement à environ 120°C pendant 24 heures, ce qui lui permet d'atteindre les propriétés souhaitées.

La nuance d'aluminium 7075-T6 présente une usinabilité favorable mais n'est pas recommandée pour les applications de soudage. Il offre une grande stabilité lors de l'usinage, une résistance exceptionnelle aux contraintes et un excellent rapport résistance/poids. Par conséquent, cet alliage est particulièrement adapté aux pièces structurelles soumises à des niveaux de contraintes élevés.

Aluminium 7075-T651

Cet alliage appartient à la série 7, composée d'alliages d'aluminium dont le zinc est le principal élément d'alliage.

Son processus de traitement thermique est similaire à celui du 6061-T6, dans lequel la trempe de base est T6. Cela implique un traitement thermique en solution, une trempe et un vieillissement artificiel ultérieur. Les éléments renforçants lors du vieillissement sont le magnésium et le zinc-aluminium-cuivre.

Une caractéristique distinctive de cet alliage est l’inclusion du chiffre « 5 », indiquant que la contrainte est soulagée par l’étirement. De plus, le chiffre « 1 » indique que la quantité de contrainte libérée par l'étirement est généralement comprise entre 0,5% et 2%.

Aluminium 7075 T6 contre T651

L'aluminium 7075 T6 et T651 sont des qualités différentes du même alliage, partageant une composition d'alliage similaire. Cependant, ils subissent différents processus de traitement thermique, ce qui leur confère leurs désignations respectives T651 et T6.

Ces qualités présentent des propriétés mécaniques différentes en raison de leurs méthodes de traitement distinctes. Par exemple, la trempe T651 offre généralement un rendement et une résistance à la traction légèrement supérieurs à la trempe T6 en aluminium 7075. À l’inverse, le T651 peut avoir un pourcentage d’allongement inférieur à celui de l’alliage T6.

Aluminium 6061-T6 contre 7075-T6

Quelle est la différence entre l'aluminium 7075-T6 et 6061-T6 ? Les deux tableaux suivants incluent les propriétés physiques, les propriétés mécaniques et la composition chimique de l'aluminium 6061-T6 et 7075-T6.

Comparaison de la composition de l'aluminium 6061-T6 et 7075-T6

Comparaison des propriétés de l'aluminium 6061-T6 et 7075-T6

Aluminium 6061-T6 contre 7075-T651

L'aluminium 6061-T6 et l'aluminium 7075-T651 sont des alliages d'aluminium traités thermiquement avec des propriétés similaires. Ils sont à la fois solides et usinables. Il existe cependant des différences notables entre eux.

L'aluminium 7075-T651 présente une résistance à la traction et une limite d'élasticité plus élevées que l'aluminium 6061-T6. Cela indique une plus grande résistance à la déformation. En revanche, l’aluminium 6061-T6 est plus ductile, ce qui le rend plus résistant à la fissuration et plus facile à usiner.

Comment choisir entre le T6 et le T651

T6

La trempe T6 convient aux exigences suivantes :

• Lorsqu'un rapport résistance/poids élevé est requis, l'état T6 offre une dureté et une résistance suffisantes, ce qui le rend adapté aux applications lourdes.
• Lorsque les processus d'usinage pour la fabrication de pièces sont relativement simples et nécessitent moins d'étapes et moins de temps de traitement, l'état T6 est préféré.
• Si le budget est un facteur crucial dans le processus de prise de décision, le tempérament T6 est généralement plus rentable que le T651.

T651

L’état T651 est généralement préféré dans les industries ou applications suivantes :

• Lorsqu'il est nécessaire d'améliorer l'usinabilité des alliages d'aluminium, la trempe T651 est utilisée par étirement contrôlé.
• Dans les applications qui nécessitent un niveau élevé stabilité dimensionnelle après les processus d'usinage, la trempe T651 est le processus recommandé. Ce processus de trempe supprime les contraintes internes, ce qui entraîne des distorsions minimes. Il est particulièrement adapté aux secteurs tels que l'automatisation et la robotique.
• L'étirement contrôlé impliqué dans la trempe T651 améliore également la soudabilité de l'alliage d'aluminium. Par conséquent, dans les cas où des performances de soudage supérieures sont requises, la trempe T651 est utilisée.

Conclusion

Une légère variation dans le processus de traitement thermique a entraîné des améliorations significatives des propriétés mécaniques clés. Les deux alliages, Al7075-T651 et Al7075-T6, subissent des traitements en solution solide et des processus de durcissement par vieillissement. Cependant, dans l'état T651, l'étirement est également effectué avant la trempe, ce qui améliore considérablement l'usinabilité et la formabilité.

Compte tenu de ces différences, le choix de l’un ou l’autre alliage dépend des propriétés souhaitées. Le T651 est supérieur en termes de soudage, d'usinabilité et de stabilité dimensionnelle. Cependant, cela implique un processus de traitement thermique plus complexe et est comparativement plus coûteux. S'il n'y a aucun compromis sur ces propriétés, le T651 doit être choisi. Cependant, si un compromis peut être fait sur ces propriétés pour réduire les coûts, l'alliage T6, moins coûteux, peut être utilisé. Le T651 est un excellent choix pour la fabrication de plaques épaisses, le fraisage et le matriçage. Si une usinabilité et une formabilité passables sont suffisantes, la trempe T6, facilement disponible et moins coûteuse, est recommandée.

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