Guide pour optimiser les procédés de coulée en alliage d'aluminium

La technologie de coulée d'aluminium a joué un rôle important dans les industries automobile et aérospatiale pendant des décennies, son adoption généralisée ayant débuté au milieu des années 1970. Parmi les divers alliages, les systèmes aluminium-silicium (Al-Si) ont acquis une importance particulière en raison de leurs caractéristiques de coulée supérieures, souvent améliorées par des additions de cuivre et/ou de magnésium pour une résistance accrue.

Dans les applications de coulée par gravité, les alliages A319 et A356 dominent l'utilisation industrielle. Pour la fonderie sous pression (HPDC), les alliages A380 et A383 sont largement utilisés. Alors que l'A380 sert principalement des applications non structurelles comme les boîtiers et les couvercles, l'A383 offre une résistance plus élevée pour les composants structurels aux exigences de performance strictes.

La recherche de l'allègement automobile a stimulé le développement d'alliages avancés tels que AURAL-2, Silafont-36 et Magsimal-59. Ces matériaux répondent aux exigences strictes des composants structurels de carrosserie nécessitant une résistance et une ductilité élevées. Cependant, leurs limitations strictes en matière de teneur en fer (<0,2 %) restreignent l'utilisation d'alliages secondaires, ce qui entraîne des coûts plus élevés par rapport aux alliages conventionnels A319 et A380.

Le système d'alliages de coulée le plus répandu offre une excellente coulabilité et résistance à la corrosion. Les ajustements de la teneur en silicium permettent de contrôler la résistance, la ductilité et la fluidité.

Ces alliages offrent une résistance élevée et une bonne usinabilité, mais présentent une résistance à la corrosion relativement médiocre. Le traitement thermique améliore généralement les propriétés mécaniques.

Notables pour leur résistance exceptionnelle à la corrosion, en particulier dans les environnements marins. Leurs caractéristiques de coulée plus difficiles exigent un traitement précis.

Bien qu'offrant une résistance et une dureté élevées, ces alliages présentent une coulabilité et une résistance à la corrosion plus faibles, nécessitant souvent des traitements spécialisés.

Les alliages d'aluminium moulé subissent divers traitements thermiques, notamment l'homogénéisation, le traitement thermique de mise en solution, la trempe et le revenu. Certains composants utilisent la méthode « coulée-ébavurage-expédition » (CTS) sans traitement thermique, en particulier dans les applications de coulée sous pression.

Les alliages d'aluminium se classent comme le deuxième métal structurel le plus utilisé après l'acier, appréciés pour leur faible densité, leur rapport résistance/poids élevé et leur excellente résistance à la corrosion. Ces propriétés les rendent idéaux pour les applications aérospatiales, automobiles, marines et électroniques de puissance.

La fusion laser sélective (SLM) est apparue comme une technologie de fabrication additive prometteuse pour les composants en aluminium. Ce processus permet des géométries complexes avec des microstructures fines et des propriétés mécaniques améliorées. Cependant, un post-traitement reste nécessaire pour obtenir une qualité de surface et une précision dimensionnelle de qualité industrielle.

Les fabricants choisissent parmi quatre méthodes de coulée principales :

• Coulée en sable (alimentée par gravité)
• Coulée à cire perdue (alimentée par gravité dans des moules en céramique)
• Coulée par gravité en moule permanent
• Coulée sous pression dans des moules métalliques permanents

L'industrie de la coulée d'aluminium a connu des avancées significatives dans les méthodes de traitement, y compris divers traitements de solidification et de nouvelles compositions d'alliages. Environ 20 % de la production mondiale d'aluminium est destinée aux applications de coulées, la température de fusion relativement basse de l'aluminium mais un retrait important lors de la solidification (3,5 %-8,5 %) nécessitant une conception de moule soignée.

En tant que système d'aluminium moulé le plus important, les alliages Al-Si présentent un diagramme de phase eutectique simple. Le raffinement de la microstructure par refroidissement rapide ou modification (ajout de composés de sodium) améliore considérablement les propriétés mécaniques. L'alliage avec du cuivre, du magnésium ou du nickel améliore la résistance et les performances à haute température pour les applications exigeantes comme les composants de moteur.