La résistance à la traction de l’aluminium n’est pas une valeur unique. Elle va d’environ 60 MPa pour un matériau souple de la série 1xxx à plus de 600 MPa pour certains tubes spéciaux à haute résistance. L’alliage, l’état métallurgique, la forme du produit, l’épaisseur et la direction d’essai influencent tous la valeur publiée.
Parmi les repères courants figurent environ 230 MPa pour un tube 5052-H32, au moins 260 MPa pour une extrusion standard en 6061-T6 et environ 572 MPa pour une tige ou une barre en 7075-T651. Ces valeurs sont utiles pour comparer les matériaux, mais elles ne constituent pas des contraintes admissibles interchangeables.
Tableau de la résistance à la traction de l’aluminium
Le tableau ci-dessous utilise des données traçables provenant de fabricants. Il associe volontairement des valeurs typiques et minimales, car les deux sont utilisées dans les travaux d’ingénierie.
| Alliage et état | Base produit | Résistance ultime à la traction | Limite d’élasticité ou contrainte conventionnelle à 0,2 % |
|---|---|---|---|
| 1060-O | Extrusion | 60-95 MPa (8.7-13.8 ksi) | 15 MPa minimum (2.2 ksi) |
| 1100-O | Extrusion | 75-105 MPa (10.9-15.2 ksi) | 25 MPa minimum (3.6 ksi) |
| 5052-H32 | Tube | 230 MPa (33 ksi) | 195 MPa (28 ksi) |
| 6063-T5 | Extrusion | 145-150 MPa (21-22 ksi) | Dépend de l’épaisseur de paroi |
| 6063-T6 | Extrusion | 205 MPa (30 ksi) | Dépend de l’épaisseur de paroi |
| 6061-T6/T651 | Extrusion | 260 MPa (38 ksi) | 240 MPa (35 ksi) |
| 6082-T6 | Extrusion selon EN | 290-310 MPa (42-45 ksi) | 250-260 MPa (36-38 ksi) |
| 7075-T651 | Tige et barre | 572 MPa (83 ksi) | 503 MPa (73 ksi) |
Ce tableau est un outil de comparaison et ne remplace pas une norme matière. Même pour un alliage et un état identiques, les exigences peuvent différer entre tôle, plaque, barre, tube et extrusion. Les sections épaisses et minces peuvent également être soumises à des minimums différents.
Résistance à la traction, limite d’élasticité et résistance à la rupture
La résistance ultime à la traction, ou Rm/UTS, est la contrainte d’ingénierie maximale atteinte pendant un essai de traction. Elle se calcule en divisant la charge maximale par la section transversale initiale de l’éprouvette :
UTS = charge de traction maximale / section transversale initiale
La limite d’élasticité marque le début de la déformation permanente. L’aluminium ne présente souvent pas de limite d’élasticité nette ; les spécifications utilisent donc couramment la limite conventionnelle d’élasticité à 0,2 %. Les documents européens peuvent l’appeler contrainte conventionnelle à 0,2 %.
La résistance à la rupture correspond à la contrainte d’ingénierie au moment où l’éprouvette se rompt. Elle peut être inférieure à l’UTS, car une éprouvette ductile commence à se strictionner après avoir atteint la charge maximale.
Pour la plupart des conceptions statiques, la limite d’élasticité ou la contrainte conventionnelle détermine la première déformation permanente inacceptable. L’UTS reste importante pour comparer les matériaux, contrôler la qualité et effectuer les vérifications liées à la rupture. Aucune de ces valeurs ne doit être utilisée sans les règles de conception applicables.
Le point f de la courbe représentée sur la figure correspond au point de résistance à la traction.
Pourquoi la valeur varie-t-elle autant ?
Composition de l’alliage et mécanisme de durcissement
Le magnésium renforce les alliages 5xxx par durcissement en solution solide et écrouissage. Les familles 2xxx, 6xxx et 7xxx peuvent acquérir une résistance importante grâce au traitement thermique par précipitation.
Un produit 6061 à l’état O se comporte très différemment d’un 6061-T6. De même, le 5052-H32 correspond à un niveau défini d’écrouissage et de stabilisation.
État métallurgique et procédé de transformation
Le travail à froid augmente généralement la résistance à la traction et la limite d’élasticité, tout en réduisant la ductilité. La mise en solution et le vieillissement peuvent renforcer les alliages aptes au traitement thermique. Un échauffement non maîtrisé peut annuler une partie de ce gain.
L’usinage et l’anodisation ne transforment pas un alliage de base en un état plus résistant. Ils peuvent influencer la géométrie locale, les contraintes résiduelles, le comportement en fatigue ou les performances de surface, mais ils ne justifient pas de remplacer la valeur certifiée de résistance à la traction du matériau massif.
Forme du produit, dimension de section et direction
Le laminage, l’extrusion, l’étirage et le forgeage créent des microstructures et des textures différentes. Les spécifications distinguent donc les tôles, plaques, tiges, barres, tubes, pièces forgées et extrusions. La direction d’essai peut être importante, car les produits corroyés sont anisotropes.
La dimension de la section compte également. Une extrusion épaisse peut refroidir et vieillir différemment d’une paroi mince. C’est pourquoi les données ci-dessus pour les alliages 6063 et 6082 répartissent les exigences selon l’épaisseur de paroi et la géométrie du profilé.
Comment mesure-t-on la résistance à la traction de l’aluminium ?
Une éprouvette usinée ou une section complète est soumise à une charge uniaxiale contrôlée. L’essai enregistre la charge et l’allongement jusqu’à la rupture. Les dimensions initiales permettent de convertir la charge en contrainte d’ingénierie, tandis qu’un extensomètre mesure la déformation sur une longueur de référence définie.
Les spécifications nord-américaines relatives aux produits en aluminium renvoient souvent aux normes ASTM B557 ou B557M. L’ASTM précise qu’une éprouvette normalisée peut ne pas représenter entièrement le produit final. Les essais généraux des matériaux métalliques peuvent plutôt faire référence à l’ASTM E8/E8M. En Europe et à l’international, l’ISO 6892-1 est couramment utilisée pour les essais à température ambiante.
Un rapport exploitable doit préciser la norme et l’orientation de l’éprouvette. Il doit également indiquer l’alliage, l’état métallurgique, la forme du produit, les dimensions et la température d’essai. Les résultats comprennent normalement l’UTS, la limite d’élasticité ou la contrainte conventionnelle, ainsi que l’allongement.
Une seule éprouvette ne caractérise pas toutes les pièces d’un lot. Les critères d’acceptation découlent de la spécification d’achat, du plan d’échantillonnage et de la traçabilité exigée pour le lot. Notre aperçu des essais de matériaux dans la transformation de l’aluminium explique comment les résultats de traction complètent les contrôles de composition chimique, de dureté, de dimensions et de surface.
Que se passe-t-il après le soudage ou à température élevée ?
Les données du métal de base à température ambiante ne doivent pas être appliquées sans discernement à une conception soudée. Le soudage par fusion peut adoucir la zone affectée thermiquement des alliages 6xxx durcis par précipitation. Les fiches techniques Hydro des alliages 6061 et 6063 signalent toutes deux une réduction des propriétés T6 à proximité des soudures.
L’ampleur de cette réduction dépend de l’alliage, de l’état métallurgique, du procédé de soudage, de l’apport thermique, du métal d’apport, de la géométrie du joint et d’un éventuel traitement après soudage. Utilisez le code de calcul applicable ou des données de joint qualifiées. N’attribuez pas la valeur T6 du matériau non soudé à la zone locale affectée thermiquement.
La température crée un problème de domaine d’application similaire. Le tableau ci-dessus contient des données à température ambiante. Si un composant doit supporter une charge à chaud, utilisez des données de résistance dépendant de la température et le code applicable. Un certificat à température ambiante n’établit pas la capacité à température élevée.
Comment choisir la bonne valeur de résistance
Commencez par la pièce, et non par un tableau générique.
- Définissez le cas de charge et la limite de défaillance. Déterminez si la plastification, la rupture ultime, la fatigue, le flambement ou le comportement des assemblages est dimensionnant.
- Fixez l’alliage, l’état métallurgique et la forme du produit. Incluez l’épaisseur de paroi ou de plaque et toute direction de grain requise.
- Identifiez les normes matière et de conception applicables, en tenant compte du marché de destination et de l’usage final.
- Utilisez la bonne catégorie de propriété. Séparez les valeurs typiques, minimales et de calcul.
- Tenez compte de la fabrication. Examinez le formage, le soudage, le traitement thermique, l’usinage et la température de service.
- Définissez la vérification. Indiquez sur le plan ou la commande le certificat requis, la traçabilité du lot, l’échantillonnage et la méthode d’essai.
Cette séquence évite une erreur d’approvisionnement courante : choisir un alliage en fonction d’une UTS élevée, puis acheter un autre état métallurgique ou une autre forme de produit. Elle empêche également la résistance de faire oublier la tenue à la corrosion, la formabilité, la soudabilité, la finition et le coût. Notre guide sur le choix d’un alliage d’extrusion d’aluminium détaille ces compromis.
Que demander à un fournisseur d’aluminium ?
Pour une pièce dont la résistance est critique, transmettez davantage qu’un simple numéro d’alliage. Une demande utile comprend :
- le plan et son indice de révision ;
- l’alliage, l’état métallurgique et la spécification du produit ;
- la forme du produit et l’épaisseur de section critique ;
- les exigences minimales de limite d’élasticité et de résistance à la traction, si elles ne sont pas déjà imposées par la spécification ;
- la norme d’essai, la direction, l’échantillonnage et les critères d’acceptation ;
- les exigences relatives au certificat et à la traçabilité du lot ;
- les conditions de soudage, de traitement thermique, de finition de surface et de température de service.
Demandez si les propriétés indiquées dans le devis sont typiques ou garanties minimales. Confirmez également si le certificat indique les résultats réels du lot ou uniquement les limites de la spécification.
Conclusion : utilisez une résistance à la traction fondée sur une spécification
Utilisez une valeur rattachée à une spécification de produit reconnue, et non le nombre le plus élevé d’un tableau général. Indiquez l’alliage et l’état complets, la forme du produit, la plage d’épaisseur, la direction d’essai et les justificatifs requis. Pour les pièces soudées ou utilisées à chaud, ajoutez les règles applicables à l’état affecté.
Cette définition donne au concepteur, au fabricant et au laboratoire d’essai le même objectif d’acceptation. Elle est bien plus utile que de demander un « aluminium résistant ».
Questions fréquentes
Quelle est la résistance à la traction de l’aluminium pur ?
Il n’existe pas de valeur unique pour « l’aluminium pur ». Dans les données Hydro, les extrusions recuites de pureté commerciale 1060 et 1100 se situent entre environ 60 et 105 MPa. Les produits 1xxx écrouis peuvent être plus résistants ; la pureté, l’état métallurgique et la forme doivent donc être précisés.
Quelle est la résistance à la traction de l’aluminium 6061-T6 ?
Un minimum courant pour une extrusion 6061-T6/T6511 est de 260 MPa, soit 38 ksi. Les tôles, plaques, barres, tubes et classes d’extrusions spéciales peuvent avoir des exigences différentes. Vérifiez la spécification du produit et la plage d’épaisseur applicables.
Le 7075 est-il l’alliage d’aluminium le plus résistant ?
Le 7075-T651 est une référence courante à haute résistance, avec une UTS typique d’environ 572 MPa pour les tiges et les barres. Il ne représente pas la limite absolue de l’aluminium. Certains alliages et certaines spécifications de produits spécialisés peuvent dépasser 600 MPa. Leur disponibilité, leur ténacité, leur comportement à la corrosion, leur formabilité et leur coût peuvent être moins favorables.
L’aluminium est-il moins résistant que l’acier ?
La plupart des alliages d’aluminium ont une rigidité et une résistance absolues inférieures à celles des aciers de construction courants. Cependant, l’aluminium possède environ un tiers de leur masse volumique ; les comparaisons de résistance spécifique peuvent donc conduire à une conclusion différente. Le choix final dépend aussi de la géométrie de la section, de la corrosion, de l’assemblage, du volume de production et du coût.
