Aluminium 5083-H321
Introduction à l’aluminium 5083-H321
Aluminium 5083-H321 est un alliage aluminium-magnésium-manganèse écroui et stabilisé, reconnu pour son excellente résistance à la corrosion, en particulier en eau de mer et dans des environnements industriels agressifs. L’état H321 indique que le matériau a été écroui puis stabilisé afin de résister à la fissuration par corrosion sous contrainte et à la corrosion par exfoliation.
L’aluminium 5083-H321 est parfaitement adapté à l’usinage CNC de pièces de précision dans les secteurs maritime, défense, cryogénie et transport, où la résistance à long terme et la tenue à la corrosion sont essentielles dans les assemblages soudés ou porteurs.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques de l’aluminium 5083-H321
Composition chimique (typique)
Élément | Plage de composition (wt.%) | Rôle clé |
|---|---|---|
Aluminium (Al) | Équilibre | Métal de base, apporte la résistance à la corrosion |
Magnésium (Mg) | 4,0–4,9 | Améliore la résistance et la tenue à la corrosion en eau de mer |
Manganèse (Mn) | 0,4–1,0 | Améliore la ténacité et la résistance à la fatigue |
Chrome (Cr) | 0,05–0,25 | Augmente la résistance à la corrosion et stabilise la structure des grains |
Silicium (Si) | ≤0,40 | Élément résiduel |
Fer (Fe) | ≤0,40 | Élément résiduel |
Cuivre (Cu) | ≤0,10 | Élément résiduel |
Zinc (Zn) | ≤0,25 | Élément résiduel |
Propriétés physiques
Propriété | Valeur (typique) | Norme / condition d’essai |
|---|---|---|
Densité | 2,66 g/cm³ | ASTM B311 |
Plage de fusion | 570–640°C | ASTM E299 |
Conductivité thermique | 121 W/m·K à 25°C | ASTM E1952 |
Conductivité électrique | 28% IACS à 20°C | ASTM B193 |
Coefficient de dilatation | 25,3 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacité calorifique spécifique | 900 J/kg·K | ASTM E1269 |
Module d’élasticité | 70 GPa | ASTM E111 |
Propriétés mécaniques (état H321)
Propriété | Valeur (typique) | Norme d’essai |
|---|---|---|
Résistance à la traction | 305–340 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite d’élasticité (0,2%) | 215–250 MPa | ASTM E8/E8M |
Allongement | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Dureté | 85–95 HB | ASTM E10 |
Résistance à la fatigue | 110–130 MPa | ASTM E466 |
Résistance aux chocs | Excellente | ASTM E23 |
Caractéristiques clés de l’aluminium 5083-H321
Résistance supérieure à la corrosion marine (ASTM G31) : conçu pour une exposition prolongée à l’eau salée, l’aluminium 5083-H321 forme une couche d’oxyde très stable et résiste au piquage ainsi qu’à la corrosion intergranulaire, y compris dans les structures soudées.
Stabilisé pour prévenir l’exfoliation et la SCC : l’état H321 offre une excellente résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte dans les tôles épaisses et les assemblages soudés, en respectant ou dépassant les exigences des normes ASTM B928 et ASTM G66 pour les environnements marins.
Excellente soudabilité avec une distorsion minimale : très bonnes performances avec le métal d’apport 5356 en soudage MIG/TIG. Après soudage, l’alliage conserve plus de 90% de sa résistance dans la zone affectée thermiquement (ZAT/HAZ).
Excellentes performances cryogéniques : présente une ductilité et une ténacité élevées en dessous de -200°C, ce qui en fait un matériau adapté aux réservoirs et systèmes cryogéniques.
Alliage non traitable thermiquement avec une stabilité dimensionnelle : la résistance est obtenue par écrouissage et stabilisation plutôt que par traitement thermique, garantissant une bonne régularité sur les pièces usinées de grande dimension.
Défis et solutions d’usinage CNC pour l’aluminium 5083-H321
Défis d’usinage
Écrouissage : peut générer des bavures excessives et de l’usure d’outil si l’usinage est trop agressif ou si les outils ne sont pas suffisamment affûtés.
Caractère adhérent du matériau : peut coller aux arêtes de coupe sous forte chaleur ou en cas de mauvaise évacuation des copeaux.
Gestion des copeaux sur de grandes sections : souvent usiné à partir de grandes tôles, nécessitant brise-copeaux et optimisation de l’arrosage.
Stratégies d’usinage optimisées
Sélection des outils
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau de l’outil | Carbure revêtu TiAlN ou outils PCD | Réduit l’adhérence et l’usure lors des coupes prolongées |
Géométrie | Grand angle de coupe, brise-copeaux | Favorise l’état de surface et l’évacuation efficace des copeaux |
Vitesse de coupe | 200–350 m/min | Limite l’échauffement et le ramollissement des outils |
Avance | 0,10–0,30 mm/tr | Équilibre entre finition et productivité |
Arrosage | Arrosage abondant ou haute pression (30–50 bar) | Préserve la qualité de surface et la précision dimensionnelle |
Paramètres de coupe de l’aluminium 5083-H321 (conformité ISO 513)
Opération | Vitesse (m/min) | Avance (mm/tr) | Profondeur de passe (mm) | Pression du lubrifiant (bar) |
|---|---|---|---|---|
Ébauche | 200–280 | 0,20–0,30 | 2,0–3,5 | 30–50 (arrosage) |
Finition | 280–350 | 0,05–0,10 | 0,2–1,0 | 40–60 (arrosage/brouillard) |
Traitements de surface pour les pièces CNC en aluminium 5083-H321
Anodisation: l’anodisation de type II apporte une protection décorative de 10–25 µm ; l’anodisation dure ajoute jusqu’à 50 µm pour améliorer la résistance à l’usure.
Revêtement par poudre: revêtements polyester ou époxy de 60–100 µm pour des usages marins ou architecturaux.
Électropolissage: améliore la résistance à la fatigue et le comportement à la corrosion des pièces porteuses.
Passivation: utilisée en combinaison avec l’anodisation ou l’Alodine pour améliorer la propreté avant traitement.
Brossage: donne des finitions mates Ra 1,0–1,6 µm, idéales pour les panneaux esthétiques ou structures apparentes.
Traitement Alodine: conversion au chromate conforme MIL-DTL-5541 pour boîtiers électroniques et pièces destinées à être peintes.
Revêtement UV: protège les pièces marines et extérieures contre la décoloration, le jaunissement et le vieillissement climatique.
Revêtement laqué: ajoute une brillance esthétique et améliore la résistance chimique pour des pièces de qualité présentation.
Applications industrielles de l’aluminium 5083-H321
Maritime: structures de coque usinées CNC, cloisons, panneaux de pont et réservoirs de ballast nécessitant une résistance à l’eau de mer et une intégrité en soudure.
Défense: blindages de véhicules, enceintes navales et boîtiers radar où une haute résistance et une bonne soudabilité sont requises.
Systèmes cryogéniques: composants de réservoirs LNG, brides de tuyauterie et systèmes de support opérant en dessous de -150°C.
Transport: carrosseries de remorques légères, boîtiers de batteries et systèmes de châssis pour camions et wagons.
Équipements industriels: pièces usinées CNC exposées aux acides, produits chimiques ou environnements humides, notamment enveloppes HVAC et corps sous pression.
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