L'alliage d'aluminium AlSi9Cu3 est le plus utilisé en fonderie sous pression. Si ses caractéristiques mécaniques sont relativement modestes, il convient néanmoins à de très nombreuses applications majoritairement dans le secteur automobile (bloc moteur, carter de boite de vitesse et d'embrayage, colonne de direction, carter d'huile, ...).
Norme NF En 1706
La norme NF En 1706 donne des caractéristiques mécaniques de référence pour les alliages d’aluminium moulés en fonderie sous pression. Ces valeurs ne sont cependant que des valeurs moyennes.
Les caractéristiques mécaniques sont :
- Les caractéristiques en statique (Rm, Rp0.2 et allongement)
- Les caractéristiques en dynamique (limite d’endurance à 5 x 107 cycles en traction-compression ou flexion alternée)
Courbe de traction (Rp0.2, Rm et Allongement)
Les caractéristiques mécaniques sur pièces dépendent de facteurs tels que :
- La zone de prélèvement sur pièce de l’éprouvette
- L’état de l’éprouvette (brute ou usinée)
- L’état de santé de l’éprouvette (défauts internes ou de surface)
- La finesse de la microstructure (DAS - loi de Hall Petch)
- La composition chimique (teneur en fer, constituants intermétallique, …)
- De l’état de finition (brute, grenaillé) et de la présence du plan de joint
- D’autres facteurs moins facilement identifiables (oxydes, ...)
Loi de Hall-Petch
La loi de Hall-Petch relie les caractéristiques mécaniques (Rm) à la taille du DAS
Loi de Hall-Petch
d = DAS (Dendritic Arm Spacing) ou finesse dendritique
Dendrite d'aluminium au MEB (Microscope Electronique à Balayage)
DAS fonction du procédé de fonderie
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Procédé DAS
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Moulage sable 45 µm
Moulage coquille 20 µm
Moulage sous pression 10 µm
Influence de l’état de surface
Les caractéristiques mécaniques (Rp0.2, ..) sont en général systématiquement supérieures sur éprouvettes brut de fonderie.
En effet l’usinage est pénalisant car :
- Il supprime la surface de la pièce à microstructure plus fine (et caractéristiques mécaniques supérieures)
- Il débouche des porosités en surface (alors que la peau de pièce est généralement exempte de défauts débouchants)
Influence de l'état de surface (usiné/brute) et des défauts internes sur le Rp0.2
Influence de l'état de surface (usiné/brute) et des défauts internes sur Q, l'indice de qualité
Norme
Alliage Rm Rp0.2 A % Limite endurance
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Al Si9Cu3(Fe) 240 140 < 1 80
Al Si12Cu 240 130 < 1
Les faibles allongements enregistrés en fonderie sous pression aluminium sont dues à la forte teneur en fer (0.8 % à 0.9% en moyenne) et aux plaquettes de fer (aiguille de fer en vue 2D) résultantes.
Plaquette de fer
Les autres caractéristiques de l’Al Si9Cu3(Fe) sont :
Type d'alliage Alliage ternaire (Al-Si-Cu)
Type d'alliage Hypo-eutectique de deuxième fusion
Intervalle solidification 520°C – 590°C
Facteur de ségrégation %Fe + 2 x %Mn + 3 x %Cr
Coefficient de dilatation 21.7 x 10-6 m/m.K
Emissivité (brut) 02-03
Emissivité anodisé noir 0.82
Module d’Young 76 GPa
Coefficient de Poisson 0.33 (comme tous les métaux)
Masse volumique 2.78 g/cm3
Conductivité thermique 105 W/m.K
Conductivité électrique 23 % IACS
Résistivité électrique 6.4 10-6 Ohm.cm
Chaleur latente 395 kJ/kg
Capacité calorifique 963 J/kg.K
Dureté 80 HB
Résistance aux chocs 4 J
DAS 10 µm
Vitesse de solidification 50°C/s
Autres dénomination de l’Al Si9Cu3(Fe)
La norme européenne a remplacé les différentes normes en vigueur dans les états membres.
Les anciennes dénominations en Europe, avant l’Union Européenne, étaient :
• Italie UNI 5075
• Allemagne GD-AlSi8Cu3 (norme DIN 1725-2)
• France A-S9U3Y4 (norme AFNOR NF-A57-703)
• Grande Bretagne LM24 (norme BS 1490)
Hors Union européenne, il existe des alliages assez équivalents à l’Al Si9Cu3(Fe) :
• USA A380.0 (norme ASTM B19)
• Japon ADC10 (norme JIS H5302)
• Russie AK12M2 ( ?)
Diagramme d'équilibre Aluminium-Silicium
