1. Aperçu et introduction
L'AlSi7Mg est un alliage aluminium-silicium-magnésium hypoeutectique qui sert de matériau clé dans la fabrication additive métallique, en particulier la fusion sur lit de poudre laser (LPBF). Il est souvent considéré comme un parent proche et parfois une alternative préférée à l'AlSi10Mg, plus courant. La principale distinction réside dans sa faible teneur en silicium, qui déplace ses propriétés vers une ductilité et une ténacité accrues tout en conservant une bonne résistance et une excellente imprimabilité. Il est parfois appelé une version "tolérante aux dommages" des alliages de fonderie Al-Si courants pour la FA.
2. Composition chimique (pourcentage en poids typique)
La composition est soigneusement équilibrée pour optimiser les propriétés mécaniques et la processabilité. Elle est souvent conforme aux normes similaires à l'alliage de fonderie A356 (A35600).
| Élément |
Teneur (%) |
Rôle et effet |
| Aluminium (Al) |
Reste |
Métal de base, fournit la matrice. |
| Silicium (Si) |
6,5 - 7,5 % |
Principal élément d'alliage. Inférieur à l'AlSi10Mg, ce qui se traduit par une plus grande proportion de la phase aluminium ductile (α-Al), ce qui améliore l'allongement et la ténacité. Fournit toujours une bonne fluidité et réduit le criquage à chaud. |
| Magnésium (Mg) |
0,45 - 0,70 % |
Élément de renforcement clé. Généralement présent dans une plage plus élevée que l'AlSi10Mg. Permet un durcissement par précipitation important (durcissement par vieillissement) grâce à la formation de phases Mg₂Si lors du traitement thermique. |
| Fer (Fe) |
≤ 0,15 % |
Impureté. Strictement contrôlé pour empêcher la formation d'intermétalliques de phase bêta fragiles (Al₅FeSi) qui peuvent nuire à la ductilité. |
| Titane (Ti) |
0,05 - 0,20 % |
Souvent ajouté comme affineur de grain. Forme des particules de TiB₂ ou Al₃Ti qui inhibent la croissance des grains pendant la solidification, ce qui conduit à une microstructure plus fine. |
| Autres impuretés |
≤ 0,05 % chacun |
Les éléments comme le cuivre (Cu), le zinc (Zn), etc., sont minimisés pour la cohérence. |
3. Caractéristiques et propriétés clés
- Ductilité et ténacité élevées : Le principal avantage de l'AlSi7Mg par rapport à l'AlSi10Mg est son allongement à la rupture (ductilité) et sa ténacité à la rupture supérieurs à l'état traité thermiquement. Cela le rend adapté aux composants nécessitant une certaine absorption d'énergie ou une résistance aux chocs.
- Bonne résistance : Bien que la limite d'élasticité "telle qu'imprimée" puisse être légèrement inférieure à celle de l'AlSi10Mg, après un traitement thermique T6 approprié, l'AlSi7Mg peut atteindre des résistances à la traction et à la limite d'élasticité comparables et souvent supérieures en raison de sa teneur plus élevée en magnésium et de son durcissement par précipitation efficace.
- Excellente imprimabilité : Bien que la plage de solidification soit légèrement plus large que celle de l'AlSi10Mg, il présente toujours une très bonne processabilité dans les machines LPBF avec une faible sensibilité au criquage à chaud, grâce à la combinaison Si-Mg.
- Bonne résistance à la corrosion : Offre une résistance à la corrosion similaire ou légèrement meilleure que l'AlSi10Mg en raison de la faible teneur en silicium, ce qui réduit le nombre de sites cathodiques dans la microstructure.
- Faible densité (~2,66 g/cm³) : Maintient l'excellent rapport résistance/poids caractéristique des alliages d'aluminium.
4. Caractéristiques de la poudre (cruciales pour la FA)
Les spécifications de qualité de la poudre sont similaires à celles des autres poudres de FA haute performance :
- Répartition granulométrique (RGP) : Généralement 15 à 63 microns pour les systèmes LPBF standard.
- Morphologie : Des particules hautement sphériques sont essentielles pour une fluidité optimale et un compactage dense du lit de poudre.
- Fluidité : D'excellentes caractéristiques d'écoulement (par exemple, Hall Flow < 35 s/50g) sont nécessaires pour un dépôt de couche constant.
- Faible teneur en humidité et en oxyde : Une manipulation stricte sous atmosphère inerte (argon ou azote) est obligatoire pour éviter les défauts.
5. Microstructure et traitement thermique
État tel qu'imprimé :
La solidification rapide dans LPBF se traduit par une microstructure fine constituée de dendrites α-Al cellulaires entourées d'un réseau de silicium eutectique. La structure cellulaire est généralement plus grossière que dans l'AlSi10Mg en raison de la faible teneur en silicium.
Réponse au traitement thermique :
L'AlSi7Mg répond exceptionnellement bien au traitement thermique, en particulier en raison de sa teneur plus élevée en Mg.
Vieillissement direct (T5) :
Le vieillissement de la pièce à l'état tel qu'imprimé (par exemple, 160-180 °C pendant 4-10 heures) précipite de fines particules de Mg₂Si, améliorant la résistance tout en conservant une partie de la microstructure fine de l'impression.
Traitement thermique de mise en solution et vieillissement (T6) :
Il s'agit du traitement standard pour maximiser le potentiel de l'alliage.
- Mise en solution : Chauffé à une température élevée (~530-550 °C) pour dissoudre le magnésium dans la matrice d'aluminium et sphéroïdiser le réseau de silicium.
- Trempe : Refroidi rapidement (généralement dans l'eau) pour "geler" la solution solide sursaturée.
- Vieillissement : Chauffé à une température inférieure (par exemple, 150-180 °C) pour précipiter une dispersion uniforme et fine de Mg₂Si, augmentant considérablement la résistance et la dureté.
*Le traitement T6 pour l'AlSi7Mg est particulièrement efficace, ce qui se traduit souvent par une meilleure combinaison de résistance et de ductilité que l'AlSi10Mg traité T6.*
6. Applications
L'AlSi7Mg est sélectionné pour les applications où un équilibre entre résistance, légèreté et tolérance aux dommages est essentiel :
- Automobile : Composants de suspension haute performance, étriers de frein, supports structurels légers et pièces critiques pour la sécurité qui nécessitent une bonne absorption d'énergie.
- Aérospatiale : Composants de cellule, bras de drone et supports où les performances en fatigue et la ténacité sont aussi importantes que la résistance statique.
- Robotique : Outillage avancé en bout de bras, bras robotiques à cycle élevé et joints soumis à des charges dynamiques.
- Équipement sportif : Cadres de vélos haut de gamme, composants pour sports mécaniques et articles de sport de qualité aérospatiale.
- Génie général : Pièces soumises à des charges vibratoires ou nécessitant une grande durabilité.
7. Avantages et limites
Avantages :
- Ductilité et ténacité supérieures : Meilleur allongement et résistance aux chocs par rapport à l'AlSi10Mg.
- Excellente résistance après T6 : Peut atteindre des propriétés mécaniques qui égalent ou dépassent celles de l'AlSi10Mg.
- Bonne soudabilité et résistance à la corrosion.
- Bonne imprimabilité : Traitement fiable sur les systèmes LPBF.
Limites :
- Légèrement moins indulgent que l'AlSi10Mg : La faible teneur en silicium peut le rendre marginalement plus sensible aux paramètres de traitement par rapport à l'AlSi10Mg hautement eutectique.
- Limitation de température similaire : Comme la plupart des alliages durcis par précipitation, il ne convient pas à une utilisation prolongée à des températures supérieures à ~200 °C.
8. Comparaison avec l'AlSi10Mg
C'est la comparaison la plus critique :
| Propriété |
AlSi7Mg |
AlSi10Mg |
| Teneur en silicium |
Inférieure (~7 %) |
Supérieure (~10 %) |
| Caractéristique principale |
Ductilité et ténacité |
Aptitude à la coulée et dureté |
| Résistance telle qu'imprimée |
Légèrement inférieure |
Légèrement supérieure |
| Résistance traitée T6 |
Comparable, souvent supérieure |
Élevée |
| Ductilité traitée T6 |
Significativement supérieure |
Modérée |
| Imprimabilité |
Très bonne |
Excellente (référence de l'industrie) |
| Cas d'utilisation typique |
Charges structurelles et dynamiques |
Gabarits/montages, boîtiers, thermique |
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