Aluminium 2050

Qu’est-ce que l’alliage d’aluminium 2050 ?

Un alliage de dernière génération

Les premiers alliages Al-Li souffraient d’anisotropie, de ténacité insuffisante et de sensibilité à la corrosion, ce qui a freiné leur adoption. La troisième génération, dont fait partie le 2050, modère la teneur en lithium (≤ 1,3 %) et renforce la part de cuivre (~ 3,5 %) afin d’améliorer la résistance tout en préservant la ductilité et la stabilité microstructurale. Cette approche a rencontré le succès, en améliorant l’équilibre mécanique sans retomber dans les défauts de ses prédécesseurs.

Position sur le marché

En raison du coût et de la complexité d’approvisionnement du lithium, le 2050 se positionne sur les pièces épaisses et les sous-ensembles critiques. Il offre une alternative moins dense aux plaques 7050-T7451, avec une tolérance aux dommages renforcée (amorçage retardé et propagation plus lente des fissures) pour une résistance comparable (voir les valeurs typiques ci-dessous).

Quels éléments composent le 2050 et à quoi servent-ils ?

Rôles des principaux éléments

L’alliage 2050 associe Al-Cu-Li-Ag-Mn-Zr (avec du Mg en faible teneur), où chacun des éléments a une fonction précise :

• Cuivre (Cu) : principal contributeur au durcissement et donc à la résistance élevée, grâce aux phases qu’il crée.
• Lithium (Li) : réduit la densité et augmente le module d’élasticité ; sa teneur est limitée pour éviter un excès de δ’ (Al₃Li), préjudiciable à la ténacité.
• Argent (Ag) : accélère et affine la précipitation (notamment T₁/Al₂CuLi), ce qui rehausse la résistance atteignable.
• Manganèse (Mn) : forme des dispersoïdes qui stabilisent la structure (taille et texture de grain), avec un effet positif sur la fatigue comme sur la ténacité (en synergie avec Zr).
• Zirconium (Zr) : affineur de grains (précipités Al₃Zr), il limite la recristallisation et soutient la résistance ainsi que la ténacité.
• Magnésium (Mg) : en faible quantité. Il favorise l’orientation de la précipitation souhaitée ; en excès, il détourne vers des phases concurrentes (ex. S/Al₂CuMg).

Quels sont les traitements thermiques et états métallurgiques courants du 2050 ?

La trempe

Après solutionnage (≈ 525 °C), la trempe à l’eau fige les éléments en solution solide et prépare le durcissement ultérieur. Le 2050 présente une bonne trempabilité sur de fortes épaisseurs, avec une réponse au durcissement assez uniforme jusqu’à plus de 100 mm (valeur indicative). Immédiatement après trempe, l’alliage est malléable (W), ce qui facilite certaines opérations.

Le vieillissement naturel (T4, T3)

À température ambiante, le vieillissement naturel reste modeste. On en profite souvent pour réaliser un écrouissage léger (laminage/étirage), avant de stabiliser en T3. Cet état conserve une bonne aptitude au formage à froid, utile quand la géométrie impose des déformations contrôlées avant le vieillissement final.

Le vieillissement artificiel (T6, T8)

Le vieillissement artificiel se pratique autour de 150 °C pendant plusieurs heures. En plaque, l’état T84 (trempe + déformation contrôlée + vieillissement) est la référence, car la déformation introduit des dislocations qui favorisent la formation de précipités et homogénéisent le durcissement. Le 2050 n’est pas destiné à un renforcement « écroui seul » : son durcissement structural repose sur la précipitation.

Quelles sont les propriétés mécaniques du 2050 (selon l’état et la forme) ?

Résistance et ductilité

Selon l’état, la résistance ultime peut atteindre ≈ 520 MPa. Une plaque épaisse T84 se situe autour de 500 MPa en traction longitudinale (L), ce qui la rapproche d’une 7050-T7451, tout en abaissant la masse. Bien que très résistant, le 2050 conserve une ductilité acceptable. Les allongements typiques en L varient de 5 % à 8 % (plaque T84 ≈ 5 %), tandis que des pièces massives forgées en T852 tiennent un minimum d’environ 4 % (valeurs indicatives).

Ténacité, tolérance aux dommages et fatigue

L’AA2050 est conçu pour une haute ténacité, c’est-à-dire une forte résistance à la propagation rapide des fissures. Sur plaque épaisse en condition T84, la ténacité K_IC (L-T) atteint ≈ 30–40 MPa·√m (valeur indicative). À épaisseur comparable, ce niveau est au moins équivalent à celui d’une 7050-T7451 (~ 25–30 MPa·√m). Comme pour tous les laminés, la T-L reste inférieure à la L-T, d’où la nécessité d’orienter correctement les pièces critiques par rapport à la direction de laminage.

En résumé, l’alliage 2050 présente des propriétés mécaniques de premier plan, surpassant ses alternatives traditionnelles sur plusieurs points : à masse égale, il offre plus de raideur et de résistance, et se distingue par une ténacité et une endurance en fatigue améliorées. Ces qualités expliquent qu’il soit souvent choisi pour des composants critiques de structure, malgré un coût matière plus élevé, car il garantit la sécurité à long terme (durée de vie en fatigue prolongée, moins de risques de rupture catastrophique).

Comment le 2050 se comporte-t-il face aux différentes corrosions ?

La résistance à la corrosion des alliages aluminium-lithium a longtemps été un point d’attention. Les premiers alliages Al-Li présentaient des sensibilités, notamment aux corrosions intergranulaire et par exfoliation, à cause de zones pauvres en cuivre aux joints de grains (conséquence des précipités δ’ et T2 au lithium) et de précipités fragiles. Avec l’alliage 2050, de nets progrès ont été réalisés, avec un comportement en corrosion très compétitif pour un alliage d’aluminium de haute résistance.

Atmosphérique et piqûres

En condition atmosphérique, le 2050 se situe au niveau des alliages 2000 usuels. En présence de chlorures, des piqûres peuvent apparaître sans protection de surface, ce qui justifie l’usage d’apprêts, l’anodisation ou des peintures selon l’environnement.

Exfoliation et corrosion sous contrainte

En T84/T852, les classements d’exfoliation sont favorables (classe EA, valeur indicative). Cette tenue est cohérente avec la microstructure visée par la troisième génération.

Grâce à sa teneur modérée en cuivre et à l’absence de gros précipités anodiques continus aux joints, la résistance à la corrosion sous contrainte est bonne. Le 2050 est adapté aux pièces épaisses destinées à des environnements humides, où la fissuration assistée par corrosion doit être maîtrisée.

Comment bien utiliser le 2050 (assemblage et usinage) ?

Usinabilité

Les plaques épaisses en 2050 sont couramment usinées par fraisage CNC (raidisseurs usinés, pièces monoblocs). Les comportements de cet alliage à l’usinage sont proches de ceux des autres alliages des séries 2000 et 7000 : des paramètres optimisés pour le 7050 donnent des résultats comparables sur le 2050. Avec une dureté de l’ordre de 175 HV (T84, valeur indicative), des vitesses de coupe élevées sont possibles grâce à la bonne conductivité thermique de l’aluminium, et l’évacuation des copeaux est facilitée.

Assemblage

Le soudage par friction-malaxage (FSW) est particulièrement adapté au 2050 : l’absence de fusion limite la fissuration de solidification et permet d’atteindre des résistances élevées (valeur indicative). À l’arc (MIG/TIG), en revanche, le 2050 est considéré comme non-soudable, raison pour laquelle le FSW est privilégié dès que possible. Dans les structures mixtes, on évite les couples galvaniques (notamment avec le carbone) en interposant une barrière (fibre de verre, apprêt isolant). Avec le titane ou les composites, l’assemblage se fait par boulonnage ou collage.

Durabilité et fin de vie : quel impact de l’alliage 2050 ?

Recyclabilité

L’aluminium est réputé hautement recyclable, et le 2050 s’inscrit dans cette logique à condition de maîtriser les flux par familles d’alliages. En pratique, on refond les chutes et copeaux en boucles contrôlées afin de préserver les propriétés ; la présence de Li impose toutefois un tri rigoureux et des procédés dédiés. Plusieurs producteurs ont mis en place des filières spécifiques Al-Li et, dans certains cas, des boucles fermées pour les chutes internes.

Programmes de reprise

Dans l’aéronautique, la fin de vie des appareils s’accompagne désormais de démantèlement et de recyclage organisés. Les alliages Al-Li étant relativement récents, les A380 et B787 sont encore en service ; néanmoins, l’industrie anticipe avec des programmes de reprise pour certains produits et alliages proches. Le principe est de récupérer les matériaux lors de la casse pour les réintégrer dans une filière qualifiée, y compris les flux contenant du Li.

Bilan énergétique et CO₂

La refonte de l’aluminium requiert ≈ 5 % de l’énergie nécessaire à sa production (valeur indicative), ce qui réduit fortement l’empreinte carbone quand on le recycle. De plus, l’allègement des avions en service diminue la consommation de carburant : même quelques kilogrammes économisés sur un avion de ligne permettent de réduire de plusieurs tonnes les émissions de CO₂ sur l’ensemble de sa durée de vie.