Aluminium 2014
Introduction à l’aluminium 2014
Aluminium 2014 est un alliage aluminium-cuivre à haute résistance, traitable thermiquement, de la série 2xxx. Il offre une excellente usinabilité et une bonne résistance à la fatigue, ce qui en fait un choix courant pour l’aéronautique, la défense et les applications structurelles lourdes. En raison de sa teneur élevée en cuivre, l’aluminium 2014 présente une résistance limitée à la corrosion, mais répond très bien aux traitements de surface protecteurs.
L’aluminium 2014 est fréquemment sélectionné pour l’usinage CNC de pièces nécessitant une résistance supérieure, une bonne résistance à l’usure et des tolérances serrées sous des conditions de charge dynamique ou élevée.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques de l’aluminium 2014
Composition chimique (typique)
Élément | Plage de composition (wt.%) | Rôle clé |
|---|---|---|
Aluminium (Al) | Équilibre | Métal de base assurant l’intégrité structurelle et la légèreté |
Cuivre (Cu) | 3,9–5,0 | Augmente la résistance et la dureté par durcissement par précipitation |
Silicium (Si) | 0,5–1,2 | Améliore l’usinabilité et la fluidité de coulée |
Magnésium (Mg) | 0,2–0,8 | Renforce l’alliage et améliore les performances en fatigue |
Manganèse (Mn) | 0,4–1,2 | Améliore la résistance et la ductilité |
Fer (Fe) | ≤0,7 | Élément résiduel |
Zinc (Zn) | ≤0,25 | Élément résiduel |
Chrome (Cr) | ≤0,10 | Affine la structure des grains |
Propriétés physiques
Propriété | Valeur (typique) | Norme / condition d’essai |
|---|---|---|
Densité | 2,80 g/cm³ | ASTM B311 |
Plage de fusion | 510–640°C | ASTM E299 |
Conductivité thermique | 160 W/m·K à 25°C | ASTM E1952 |
Conductivité électrique | 36% IACS à 20°C | ASTM B193 |
Coefficient de dilatation | 23,2 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacité calorifique spécifique | 875 J/kg·K | ASTM E1269 |
Module d’élasticité | 73 GPa | ASTM E111 |
Propriétés mécaniques (état T6)
Propriété | Valeur (typique) | Norme d’essai |
|---|---|---|
Résistance à la traction | 460–510 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite d’élasticité (0,2%) | 390–440 MPa | ASTM E8/E8M |
Allongement | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Dureté | 120–130 HB | ASTM E10 |
Résistance à la fatigue | 150 MPa | ASTM E466 |
Ténacité à la rupture | Modérée | ASTM E399 |
Caractéristiques clés de l’aluminium 2014
Excellente résistance et résistance à la fatigue : très adapté aux composants fortement sollicités qui exigent rigidité et performance sous contrainte, comme les structures d’aéronefs et les pièces de suspension automobile.
Usinabilité supérieure : l’un des meilleurs alliages d’aluminium pour l’usinage CNC grâce à sa teneur en silicium et à sa stabilité thermique — idéal pour une production à grande vitesse et en grande série.
Résistance limitée à la corrosion : nécessite des traitements de surface protecteurs ou des revêtements lorsqu’il est utilisé en extérieur ou dans des environnements humides.
Traitement thermique pour des propriétés renforcées : les propriétés peuvent être fortement améliorées par le traitement thermique T6, offrant d’excellents rapports résistance/poids.
Bonne résistance à l’usure : supporte l’usure mécanique dans les assemblages coulissants et porteurs, notamment lorsqu’il est anodisé ou revêtu.
Défis et solutions d’usinage CNC pour l’aluminium 2014
Défis d’usinage
Sensible à la corrosion après usinage : en particulier près des zones de coupe exposées à l’humidité ou à des produits chimiques.
Contrôle des copeaux requis : des copeaux longs et enroulés peuvent perturber la trajectoire d’outil s’ils ne sont pas maîtrisés.
La conductivité thermique peut entraîner un échauffement de l’outil : à compenser par un débit de lubrifiant/refroidissant optimal.
Stratégies d’usinage optimisées
Sélection des outils
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau de l’outil | Outils carbure revêtus TiCN ou TiAlN | Adaptés à la coupe à grande vitesse et aux températures élevées |
Géométrie | Arêtes de coupe vives, brise-copeaux | Maintient la précision de la pièce et l’évacuation des copeaux |
Vitesse de coupe | 150–350 m/min | Évite l’accumulation de chaleur et améliore la qualité de finition |
Avance | 0,10–0,30 mm/tr | Maintient des arêtes propres et réduit l’écrouissage |
Arrosage | Arrosage abondant ou brouillard haute pression | Réduit l’usure des outils et améliore la maîtrise dimensionnelle |
Paramètres de coupe de l’aluminium 2014 (conformité ISO 513)
Opération | Vitesse (m/min) | Avance (mm/tr) | Profondeur de passe (mm) | Pression du lubrifiant (bar) |
|---|---|---|---|---|
Ébauche | 150–250 | 0,20–0,30 | 2,0–3,5 | 30–50 (arrosage) |
Finition | 250–350 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 50–70 (arrosage/brouillard) |
Traitements de surface pour les pièces CNC en aluminium 2014
Anodisation: propose une anodisation de type II ou une anodisation dure pour améliorer la résistance à la corrosion et la durabilité à l’usure. Épaisseur 10–50 µm.
Revêtement par poudre: ajoute une protection anticorrosion et anti-UV pour les pièces extérieures. Épaisseur de revêtement 60–100 µm.
Électropolissage: améliore l’état de surface et enlève les micro-bavures dans les applications aéronautiques ou défense.
Passivation: généralement combinée à des traitements de scellement pour réduire la corrosion en environnements chimiquement actifs.
Brossage: donne une finition propre et mate sur les composants destinés au grand public — Ra 0,8–1,6 µm.
Traitement Alodine: conversion au chromate conforme MIL pour les pièces nécessitant conductivité électrique et résistance à la corrosion.
Revêtement UV: ajoute une protection supplémentaire aux surfaces exposées à la lumière, à l’humidité ou aux environnements industriels.
Revêtement laqué: protège l’esthétique et les propriétés mécaniques des panneaux aéronautiques ou militaires à forte visibilité.
Applications industrielles de l’aluminium 2014
Aéronautique et aviation: longerons d’aile, ferrures de fuselage et équerres structurelles usinés CNC nécessitant une forte résistance à la fatigue.
Défense: interfaces de blindage, composants de drones (UAV) et quincaillerie de niveau militaire exigeant précision et robustesse.
Automobile (sport automobile): pièces de suspension fortement sollicitées, biellettes de direction et nœuds d’arceau sous charges dynamiques.
Équipements industriels: accouplements usinés, articulations mécaniques et supports pour machines soumises aux vibrations.
Ferroviaire et transport: éléments structurels et sous-ensembles soumis à des charges répétées et à des contraintes mécaniques.
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