Pourquoi la trempe T6 limite la flexibilité
La désignation T6 signifie que le matériau a été traité thermiquement en solution, trempé puis vieilli artificiellement jusqu'à atteindre une résistance maximale. Dans l'alliage 6061, la pratique de vieillissement qui produit du T6 est généralement un traitement de précipitation à environ 175 °C pendant 8 heures, suivant les directives pour le traitement thermique des alliages d'aluminium corroyés dans la norme ASTM B918/B918M. Au cours du vieillissement, de fins précipités de Mg2Si se forment à travers les grains et augmentent la limite d'élasticité à environ 276 MPa avec une résistance à la traction autour de 310 MPa. Le compromis est une réduction de l'allongement disponible avant rupture, à environ 10 à 12 % dans les données publiées typiques.
Le pliage concentre la contrainte plastique à l’extérieur du pli. Lorsque la demande de déformation locale sur cette surface dépasse l’allongement restant du matériau, une fissure se produit. Dans le pic-âgé de 6061, la marge entre la déformation imposée par un virage serré et la déformation que le matériau peut absorber est petite, donc les ruptures ne sont pas progressives - la pièce se forme proprement ou se fracture. Plusieurs mécanismes aggravent la situation : le travail de la microstructure T6-durcit rapidement, donc la contrainte se localise au lieu de se distribuer ; les particules grossières constituent des sites d'amorçage de fissures ; et dans des tôles plus épaisses, la section ne peut tout simplement pas se plier à un petit rayon, quel que soit l'alliage.
Comportement de formage par alliage et trempe
Le tableau ci-dessous présente les caractéristiques de formage des alternatives normalement prises en compte lorsqu'une conception nécessite un pliage.
| Matériel | Résistance à la traction (typique) | Limite d'élasticité (typique) | Allongement (typique) | Évaluation de la formation |
|---|---|---|---|---|
| 6061-T6 | 310 MPa | 276 MPa | 10 à 12% | Pauvre; fissuration à rayons serrés |
| 6061-T4 | 241 MPa | 145 MPa | environ 16% | Bien; puis vieillir jusqu'à T6 |
| 6061-O | environ 115 MPa | environ 48 MPa | environ 25% | Excellent pour le formage sévère |
| 5052-H32 | 228 MPa minimum | 193 MPa minimum | environ 12% | Bien; choix standard pour le pliage des tôles |
| 5052-O | environ 195 MPa | environ 90 MPa | environ 25% | Excellent |
| 3003-H14 | environ 152 MPa | environ 145 MPa | environ 8% | Modéré; rayon généreux nécessaire |
| 6063-T5 / T6 | environ 186 à 241 MPa | environ 145 à 214 MPa | environ 8 à 12% | Largement utilisé pour le cintrage de tubes |
Les valeurs minimales pour les états répertoriés dans ASTM B209/B209M ou ASTM B221 doivent être tirées de la norme de produit et du certificat d'usine pour le lot réel ; les chiffres ici sont des valeurs publiées typiques pour le travail de sélection uniquement. Notez que le 5052-H32 a une limite d'élasticité supérieure à celle du 6061-T4 tout en restant beaucoup plus formable, c'est pourquoi il domine le travail de la tôle formée.
Rayon de courbure minimum pratique
Le guidage du rayon de courbure est une pratique d'atelier plutôt qu'un numéro publié unique, car le rayon réalisable dépend de l'épaisseur, de la direction du grain, de l'état de l'outillage et du niveau autorisé de marquage de surface. Les plages suivantes reflètent la pratique courante pour un pliage à 90 degrés dans le sens transversal, où T est l'épaisseur du matériau.
Pour le 6061-T6, un rayon intérieur inférieur à environ 2,5T à 4T présente un risque élevé, et de nombreux fabricants refusent de le plier en dessous de 3T. Pour le 6061-T4, la plage pratique est d'environ 1,5T à 2T. Pour le 5052-H32, environ 1,0T à 1,5T. Pour le 5052-O, environ 0,5T. Pour le 3003-H14, environ 0,5T à 1T.
Quatre règles réduisent le risque de fissuration quel que soit l’alliage. Pliez-vous dans le sens de roulement, pas dans le sens du roulement. Ébavurez et, si possible, polissez la ligne de pliage, car un bord cisaillé est un générateur de fissures. Utilisez un rayon de nez de poinçon qui correspond au rayon d'étirage plutôt que de vous fier à l'ouverture de la matrice. Et gardez la zone de pliage exempte de rayures profondes et de marques d’estampage, qui agissent comme des concentrateurs de contraintes.
La forme-Puis-L'âge
Lorsque la conception nécessite la résistance du 6061-T6 et nécessite également des courbures, la solution acceptée consiste à former dans des conditions plus douces et à vieillir ensuite. Deux variantes sont utilisées. Dans la première, le fabricant achète un matériau 6061-T4 traité thermiquement et vieilli naturellement, qui est stable et formable pendant une période pratique, le forme, puis le vieillit artificiellement jusqu'à T6 à environ 175 °C pendant 8 heures. Dans la seconde solution, la solution du fabricant traite le matériau en interne, le forme dans l'état W tel que trempé alors qu'il est encore mou, puis vieillit jusqu'à T6. La deuxième voie offre la meilleure formabilité mais exige que le formage ait lieu dans un court laps de temps après la trempe, généralement limité à quelques heures, et que les pièces soient réfrigérées si l'opération est retardée.
Deux effets doivent être pris en compte. Le changement dimensionnel au vieillissement est faible mais mesurable, c'est pourquoi les pièces à tolérance stricte-doivent être vérifiées après le cycle de vieillissement. Et le retour élastique est plus important dans les états à haute résistance car le rapport module d'élasticité/limite d'élasticité est élevé, l'outillage doit donc être construit avec compensation et validé par essai.
Vérification du pliage et contrôle qualité
L'acceptation du pliage doit être basée sur un test plutôt que sur une seule inspection visuelle. ASTM E290 décrit les méthodes d'essai de pliage standard pour la ductilité et ISO 7438 est la procédure de pliage équivalente des matériaux métalliques, avec GB/T 232 comme méthode d'essai chinoise comparable. Un pliage d'enveloppe à 180 degrés autour d'un mandrin spécifié, avec inspection de la surface extérieure à un grossissement de deux à trois fois, est le contrôle de production habituel, et un test du premier article -à un rayon plus serré que le dessin établit la marge du processus. Pour les pièces anodisées ou peintes, la flexibilité du revêtement est évaluée séparément par la méthode de courbure en T de la norme ASTM D4145, car un revêtement peut échouer alors que le substrat reste sain.
Foire aux questions
Q:Le 6061-T6 peut-il être plié sans se fissurer ?
R : Uniquement avec un rayon intérieur généreux, généralement de 2,5T à 4T ou plus, et avec une ligne de pliage transversale au sens de roulement. De nombreux fabricants refusent de plier le 6061-T6 et spécifient à la place un alliage plus formable.
Q:Quel alliage d'aluminium faut-il utiliser à la place du 6061-T6 pour le pliage ?
R : 5052-H32 pour le travail général de la tôlerie, car il combine une résistance utile avec une bonne ductilité et résistance à la corrosion, ou 3003-H14 pour les pièces légèrement chargées. Pour le cintrage de tubes, le 6063-T5 est un choix courant.
Q:Le 6061 peut-il être plié puis vieilli jusqu'à T6 ?
R : Oui. C'est une pratique courante : former la pièce à l'état T4, ou immédiatement après trempe à l'état W, puis vieillir à environ 175°C pendant 8 heures pour atteindre la résistance T6. Permettre de petits changements dimensionnels au cours du vieillissement.
Q:Pourquoi le 6061-T6 se fissure-t-il au lieu de se déformer ?
R : Le vieillissement maximal augmente la limite d'élasticité à environ 276 MPa tout en réduisant l'allongement disponible à environ 10 à 12 %. La flexion exige plus de contraintes que ce que le matériau peut absorber à des rayons serrés, de sorte qu'il se fracture plutôt que de céder progressivement.
Q:Comment la qualité du pliage est-elle vérifiée en production ?
R : En effectuant des tests de pliage selon ASTM E290 ou ISO 7438, généralement à 180 degrés autour d'un mandrin spécifié, plus un essai de rayon -plus serré sur le premier article pour établir la marge du processus.
Q:L’épaisseur du matériau affecte-t-elle la flexion ?
R : Oui. Pour le même rapport rayon intérieur/épaisseur, un matériau plus épais se comporte de manière similaire, mais l'obtention d'un petit rayon absolu dans une plaque épaisse nécessite des forces d'outillage beaucoup plus importantes et est limité par le rapport rayon/épaisseur, et non par l'alliage seul.
