L’aluminium n’a pas une valeur de dureté unique. Sa dureté dépend de l’alliage, de l’état métallurgique, de la forme du produit et de la méthode d’essai. Dans les données des producteurs, les valeurs Brinell types vont de 23 HB pour un tube 1100-O à 150 HB pour des barres et tiges 7075-T6/T651. Les barres et tiges courantes en 6061-T6/T651 se situent autour de 95 HB dans les mêmes conditions d’essai.
Ces chiffres sont des valeurs de référence, et non des limites d’acceptation universelles. Un plan ou une spécification d’achat doit toujours préciser l’état du matériau et l’essai de dureté.
Référence rapide
- L’aluminium pur ou de pureté commerciale est relativement tendre, mais l’écrouissage peut augmenter sa dureté.
- Les alliages pouvant être traités thermiquement, comme 6061, 2024 et 7075, deviennent plus durs grâce à une mise en solution et un vieillissement contrôlés.
- Les résultats Brinell, Rockwell et Vickers ne doivent pas être comparés comme s’ils utilisaient la même unité.
Tableau de dureté de l’aluminium selon l’alliage et l’état
Les valeurs suivantes proviennent de fiches techniques de producteurs. Chaque fiche les présente comme des propriétés mécaniques types et utilise une charge de 500 kg avec une bille de 10 mm. La forme du produit est indiquée, car une valeur de propriété sans forme ni état peut induire en erreur.
| Alliage et état | Forme du produit dans la source | Dureté Brinell type |
|---|---|---|
| 1100-O | Tube et tuyau | 23 HB |
| 1100-H14 | Tube et tuyau | 32 HB |
| 1100-H18 | Tube et tuyau | 44 HB |
| 3003-O | Tube et tuyau | 28 HB |
| 3003-H14 | Tube et tuyau | 40 HB |
| 5052-O | Tube et tuyau | 47 HB |
| 5052-H32 | Tube et tuyau | 60 HB |
| 5052-H34 | Tube et tuyau | 68 HB |
| 6061-O | Tige et barre | 30 HB |
| 6061-T4/T451 | Tige et barre | 65 HB |
| 6061-T6/T651 | Tige et barre | 95 HB |
| 6063-O | Tube et tuyau | 25 HB |
| 6063-T5 | Tube et tuyau | 60 HB |
| 6063-T6 | Tube et tuyau | 73 HB |
| 2024-O | Tige et barre | 47 HB |
| 2024-T4/T351 | Tige et barre | 120 HB |
| 2024-T6 | Tige et barre | 125 HB |
| 2024-T851 | Tige et barre | 128 HB |
| 7075-O | Tige et barre | 60 HB |
| 7075-T6/T651 | Tige et barre | 150 HB |
Le tableau met en évidence deux effets différents. Premièrement, un changement d’état peut augmenter la dureté sans modifier la désignation de l’alliage. Deuxièmement, la composition chimique de l’alliage définit une plage de réponse différente. C’est pourquoi la seule mention « dureté de l’aluminium » ne constitue pas une désignation de matériau suffisante.
Pourquoi la dureté de l’aluminium varie
Composition de l’alliage
L’aluminium 1100 de pureté commerciale contient peu d’obstacles au mouvement des dislocations ; il reste donc tendre et formable. Le magnésium du 5052 renforce l’alliage par des effets de solution solide et d’écrouissage. Les systèmes contenant du magnésium-silicium, du cuivre ou du zinc peuvent réagir au durcissement structural, ce qui produit des valeurs nettement plus élevées dans certains états.
Le numéro de l’alliage est important, mais il ne suffit pas à terminer la désignation. Le 6061-O et le 6061-T6 appartiennent à la même famille d’alliage dans des états métallurgiques très différents.
État et traitement thermique
L’état O correspond à l’état recuit. Les états H désignent des conditions écrouies, parfois combinées à un recuit partiel ou à une stabilisation. Les états T désignent des conditions traitées thermiquement, souvent par mise en solution suivie d’un vieillissement naturel ou artificiel.
Par exemple, les données du producteur ci-dessus font passer les barres et tiges 6061 de 30 HB à l’état O à 95 HB à l’état T6/T651. La valeur supérieure résulte de l’état contrôlé, et non d’un autre alliage nominal.
Forme du produit et historique de fabrication
L’extrusion, le laminage, l’étirage, le forgeage, le soudage et les chauffages localisés peuvent modifier la microstructure ou les déformations résiduelles. Une valeur donnée pour une tige ou une barre ne doit pas être attribuée sans justification à une tôle, une plaque, une pièce moulée ou un assemblage soudé fini.
La dureté peut également varier au sein d’une même pièce. Une zone affectée thermiquement, un bord fortement écroui ou une fonction mince peut ne pas représenter l’état global. L’emplacement de l’essai doit donc figurer dans le plan de contrôle.
Brinell, Rockwell ou Vickers : quel essai convient à l’aluminium ?
Les trois méthodes d’ingénierie courantes créent une empreinte, mais elles la mesurent différemment. La méthode appropriée dépend de la plage de dureté, de l’épaisseur, de l’état de surface, de la zone d’essai et de la spécification applicable.
| Méthode | Ce qu’elle mesure | Application pratique à l’aluminium | Précaution principale |
|---|---|---|---|
| Brinell | Diamètre de l’empreinte d’une bille | Matériau massif et sections épaisses ; la grande empreinte moyenne une zone plus étendue | Nécessite une épaisseur suffisante et de la place pour l’empreinte |
| Rockwell | Profondeur d’enfoncement supplémentaire sous une charge principale | Contrôles rapides en production lorsque l’échelle Rockwell correcte est définie | La mention « Rockwell » est incomplète sans l’échelle ; HRC est généralement inadaptée à l’aluminium tendre |
| Vickers | Diagonales de l’empreinte d’une pyramide en diamant | Petites zones, sections minces, gradients, revêtements et mesures de microdureté | La préparation de surface et la mesure optique influencent fortement les résultats |
| Mohs | Comparaison par rayure | Uniquement une comparaison approximative de type minéralogique | Ne constitue pas un essai d’acceptation technique pour des pièces en aluminium |
L’ASTM répertorie actuellement E10 pour Brinell, E18 pour Rockwell, ainsi que E92 et E384 pour les travaux de macro- et microindentation Vickers/Knoop. Une exigence d’achat doit identifier la méthode, l’échelle et l’édition convenue.
Pour l’aluminium de production, Brinell ou une échelle Rockwell à bille appropriée répond souvent à une question portant sur le matériau massif. HRB peut convenir aux états d’aluminium plus durs, tandis que HRE ou une échelle superficielle à bille peut convenir à d’autres plages ou à des échantillons plus minces. L’échelle retenue doit correspondre à la plage du matériau, à l’épaisseur et à la spécification applicable.
Vickers est préférable lorsque la zone d’essai est petite ou lorsque la dureté attendue varie sur une courte distance. Une courbure, une paroi mince non soutenue, un bord ou une empreinte proche peuvent fausser le résultat. Utilisez une zone d’essai préparée et respectez les règles d’espacement, d’épaisseur et de support de la méthode choisie.
Peut-on convertir HB, HRB et HV ?
Il est possible d’estimer une valeur sur une autre échelle, mais une conversion n’est pas une nouvelle mesure. L’ASTM E140 comprend un tableau de conversion pour les produits corroyés en aluminium. Elle avertit également que l’alliage, la structure des grains et le traitement thermique influencent la relation.
Utilisez les conversions pour communiquer ou effectuer une comparaison préliminaire. Pour les essais d’acceptation, indiquez autant que possible l’échelle réellement mesurée. Si un plan exige une valeur convertie, précisez la base de conversion et la règle d’arrondi.
Ce point est particulièrement important en ligne. Une page peut indiquer « 95 » sans préciser s’il s’agit de HB, HRB ou HV. Les chiffres peuvent sembler proches tout en représentant des procédures d’essai différentes.
L’anodisation rend-elle l’aluminium plus dur ?
L’anodisation transforme l’aluminium de surface en une couche intégrale d’oxyde d’aluminium. Cette couche peut améliorer la résistance à l’abrasion et à l’usure, en particulier avec les procédés d’anodisation dure. Elle ne transforme pas toute la section d’aluminium en un état plus dur.
Le Aluminum Anodizers Council décrit l’anodisation dure comme un oxyde anodique plus épais offrant une forte résistance à l’abrasion. Il précise également qu’un revêtement dur dépend toujours du substrat plus tendre sous une charge ponctuelle. Son guide d’application de l’anodisation dure distingue l’évaluation liée à la dureté des essais d’usure, car la dureté seule ne démontre pas les performances d’abrasion.
Spécifiez séparément la couche et le cœur :
- Pour le substrat, définissez l’alliage, l’état, la forme du produit et la méthode de dureté globale.
- Pour la finition, définissez le type d’anodisation, l’épaisseur du revêtement, l’état de colmatage ou de coloration et l’essai requis d’usure, de corrosion ou de revêtement.
- Indiquez si la mesure de dureté est effectuée avant ou après la finition et où se trouve la surface d’essai.
Cette séparation évite qu’une mesure de surface dure soit utilisée comme preuve que la pièce sous-jacente présente l’état ou les propriétés porteuses requis.
La dureté n’est ni la résistance, ni la rigidité, ni la durée de vie à l’usure
La dureté mesure la résistance à une déformation permanente localisée. La résistance à la traction décrit la contrainte que le matériau supporte avant un événement défini de plastification ou de rupture. La rigidité décrit la déformation élastique et dépend du module d’élasticité. La durée de vie à l’usure dépend de la pression de contact, de la lubrification, de la contre-face, des débris, du mouvement, du revêtement et du support du substrat.
Ces propriétés peuvent évoluer ensemble dans un système d’alliage contrôlé, mais elles ne sont pas interchangeables. La résistance à la traction de l’aluminium nécessite son propre contexte de forme de produit et d’essai. Un contrôle de dureté peut aider à vérifier l’état du matériau, mais il ne remplace pas les données de conception structurelle.
La même prudence s’applique aux décisions de fabrication. Un état plus dur peut mieux résister aux marques et modifier la formation des copeaux, mais l’usinabilité dépend aussi de la composition de l’alliage, de la géométrie de l’outil, de l’évacuation de chaleur, de la lubrification et de la rigidité de la pièce. Sélectionnez l’alliage et l’état en fonction de l’ensemble des exigences, et non du chiffre de dureté le plus élevé.
Comment spécifier la dureté de l’aluminium sur un plan ou une demande de prix
Une exigence de dureté utile doit être reproductible. Elle indique au fournisseur quel matériau est testé, comment il sera testé et ce qui constitue l’acceptation.
Incluez les champs suivants :
- Alliage et état : par exemple, 6061-T6 plutôt que seulement 6061.
- Forme du produit et spécification matériau applicable : extrusion, tôle, plaque, barre, tube, pièce forgée ou pièce moulée.
- Méthode de dureté et échelle exacte : Brinell selon ASTM E10, HRB selon ASTM E18 ou condition Vickers convenue.
- État lors de l’essai : à réception, après traitement thermique, après usinage, avant revêtement ou sur la pièce finie.
- Emplacement de l’essai et préparation de surface : identifiez une zone plane, soutenue et représentative ainsi que les zones exclues.
- Règle d’échantillonnage et d’acceptation : nombre de mesures par pièce ou lot, règle de moyenne, plage autorisée et traitement d’une valeur aberrante.
- Valeur mesurée ou convertie : indiquez si la conversion est autorisée et quel tableau la régit.
Exemple clair sans valeur numérique :
Extrusion 6061-T6 ; dureté contrôlée sur la zone plane non revêtue définie, au stade de procédé indiqué ; méthode, échelle, échantillonnage et plage d’acceptation conformes au plan et à la spécification d’achat ; consigner les valeurs réellement mesurées.
La plage numérique finale doit provenir de la spécification applicable, d’une exigence de plan validée ou d’une qualification matériau/procédé convenue. Ne copiez pas une valeur générique trouvée en ligne dans une clause d’acceptation critique.
Pour un contrôle axé sur les extrusions, le guide de Zheng Ji sur les essais de dureté et le contrôle qualité des profilés en aluminium traite plus en détail de la vérification en production.
Conclusion
La dureté est particulièrement utile lorsqu’elle constitue un élément d’une décision matériau maîtrisée. Commencez par la charge, l’environnement, le formage, l’usinage, l’assemblage, la finition et l’aspect requis. Sélectionnez ensuite un alliage et un état qui équilibrent ces contraintes.
Lorsque la dureté est un critère d’acceptation, demandez au fournisseur d’aligner le certificat matière, la forme du produit, l’état de traitement thermique et le rapport de contrôle. Une valeur sans traçabilité peut révéler une incohérence, mais elle ne peut pas, à elle seule, démontrer la conformité à l’ensemble de la spécification matériau.
Zheng Ji Aluminum propose l’extrusion d’aluminium sur mesure, l’usinage CNC de l’aluminium, la finition de surface et le contrôle dans un même flux de fabrication. Joignez à la demande de prix le plan, l’alliage et l’état, la forme du produit, la finition, l’emplacement de l’essai et l’exigence d’acceptation. L’équipe d’ingénierie disposera ainsi des informations nécessaires pour étudier la fabricabilité et proposer un plan de contrôle maîtrisé.
Questions fréquentes
L’aluminium est-il un métal dur ou tendre ?
L’aluminium de pureté commerciale est relativement tendre. L’addition d’éléments d’alliage, l’écrouissage et le durcissement structural peuvent augmenter considérablement sa dureté. Une réponse sans alliage, état et échelle d’essai reste incomplète.
Quelle est la dureté de l’aluminium 6061 ?
Dans les données citées du producteur pour les barres et tiges, le 6061-O est à 30 HB, le 6061-T4/T451 à 65 HB et le 6061-T6/T651 à 95 HB. Il s’agit de valeurs types dans les conditions Brinell indiquées, et non de minima universels.
L’aluminium 7075 est-il plus dur que le 6061 ?
Dans des données comparables du même producteur pour des barres et tiges à l’état T6/T651, le 7075 est à 150 HB et le 6061 à 95 HB. L’alliage le plus dur n’est pas automatiquement le meilleur choix ; la résistance à la corrosion, l’assemblage, le coût, la ténacité et la disponibilité du produit comptent également.
Peut-on durcir l’aluminium après formage ?
Cela dépend de l’alliage. Les alliages non traitables thermiquement sont principalement renforcés par écrouissage. Les alliages traitables thermiquement utilisent une mise en solution, une trempe et un vieillissement contrôlés. La voie choisie doit correspondre à l’alliage et aux propriétés finales requises.
L’anodisation dure augmente-t-elle la dureté de l’aluminium dans la masse ?
Non. Elle crée à la surface une couche d’oxyde dure et résistante à l’usure. Le substrat conserve l’alliage et l’état qui soutiennent le revêtement ; les exigences relatives au revêtement et au cœur doivent donc être spécifiées séparément.
