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
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_hall_pecht
Loi de Hall-Petch
d = DAS (Dendritic Arm Spacing) ou finesse dendritique

MEB_dendrite
Dendrite d'aluminium au MEB (Microscope Electronique à Balayage)


DAS fonction du procédé de fonderie

--------------------------------------
Procédé                        DAS
--------------------------------------
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)


Rp0

Influence de l'état de surface (usiné/brute) et des défauts internes sur le Rp0.2

Q_indice_qualit___comparatif_usin__et_brute

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
-------------------------------------------------------------------------------------
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.

m_tallurgie_AlSi9Cu3_plaquette_fer
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__quilibre_al_si
Diagramme d'équilibre Aluminium-Silicium