Aluminium 2219 - AlCu6Mn - EN AW-2219

Quand et pourquoi l’alliage 2219 a-t-il été développé ?

Le 2219 (EN AW-2219, AlCu6Mn) est un alliage aluminium-cuivre durcissable par précipitation, conçu dans les années 1950 pour offrir une excellente soudabilité et des propriétés stables sur une large plage de température, des régimes cryogéniques jusqu’à ≈ 300 °C. Sa ténacité élevée et sa très bonne résistance à la SCC en T8 expliquent son rôle clé dans les réservoirs soudés et structures pressurisées (Saturn V, réservoir externe de navette, Ariane 5, modules ISS). Les alliages Al-Li récents (2195, 2050) prennent l’avantage quand la masse est critique, mais le 2219 demeure la référence lorsque robustesse et soudabilité priment.

L'alliage d'aluminium 2219 est un matériau de haute performance appartenant à la famille des alliages corroyés aluminium-cuivre. Il a plusieurs désignations à l’international. AA-2219 pour l’Aluminium Association, EN AW-2219 selon la norme européenne EN 573 (alias chimique AlCu6Mn), ou encore UNS A92219 selon le standard nord-américain. Pour ceux qui s’en souviennent, il s’agit de la nouvelle désignation, autrefois appelée A-U6MT par la norme française AFNOR.

Contexte de développement (années 1950)

Au milieu des années 1950, l’AA2219 est conçu pour conserver de bonnes propriétés mécaniques jusqu’à ≈ 300 °C tout en restant soudable. En comparaison du 2024 apparu dans les années 1930, il vise une meilleure tenue à chaud et une soudabilité nettement supérieure — principal défaut du 2024 — au prix d’une résistance légèrement inférieure à température ambiante. Cet alliage Al-Cu montre aussi une excellente tenue aux basses températures, rapportée jusqu’à l’hydrogène liquide (−252 °C, typ.), sans fragilisation notable.

Premières applications (années 1960) et programmes emblématiques

Dès le début des années 1960, le 2219 est utilisé pour des pièces structurales et soumises à des températures élevées (moteurs, éléments de nacelles, pièces forgées). Cependant, son emploi structurel dans les avions reste plus limité que les 2024/7075 en raison d’enjeux de masse et de corrosion.

Le programme Apollo emploie des panneaux et viroles 2219 soudés pour les grands réservoirs de la Saturn V. Le Concorde privilégie l’alliage 2618 pour la structure chauffée : la résistance au fluage y est déterminante, et l’AA2219 est jugé moins performant sur ce critère. C’est surtout la soudabilité et la tenue thermique qui ont rendu le 2219 populaire, et aussi la capacité d’Alcoa à l'époque d’Apollo de garantir la production de plaques de très grandes dimensions avec une qualité homogène.

Comment le 2219 a-t-il évolué face aux alliages Al-Li ?

Dans le spatial, la combinaison soudabilité + tenue thermique a fait du 2219 un standard pour réservoirs cryogéniques et structures pressurisées. Par exemple, le réservoir externe « standard » de la Navette spatiale utilise des sous-ensembles en 2219 soudés. De même, Ariane 5 et des modules pressurisés (p. ex. Columbus, Cupola) exploitent le 2219 pour ses performances stables sur une large plage thermique.

À partir des années 1990, des alliages Al-Li plus légers (p. ex. 2195, puis 2050) supplantent partiellement le 2219 lorsque la masse est critique. Ainsi, la NASA introduit l’AA2195 pour le réservoir externe « super-allégé ». Toutefois, le 2219 demeure un alliage éprouvé pour des programmes où la soudabilité et la robustesse priment sur la densité.

Comment la composition chimique détermine les propriétés du 2219 ?

On l’a vu, le 2219 appartient à la série Al-Cu. Son élément maître est le cuivre (5,8–6,8 %). Par ailleurs, le manganèse (Mn ≈ 0,3 %), le vanadium (V ≈ 0,10 %), le zirconium (Zr ≈ 0,17 %) et le titane (Ti ≈ 0,05 %) servent d’affineurs de grains et de contrôle de recristallisation. Le magnésium reste quasi nul (≤ 0,02 %), caractéristique délibérée qui améliore considérablement la soudabilité en réduisant le risque de fissuration à chaud.

Le cuivre assure le durcissement par précipitation (Al₂Cu), mais diminue la résistance naturelle à la corrosion. En revanche, V, Zr et Ti affinent la granulométrie et relèvent la température de recristallisation, ce qui stabilise la ZAT en soudage. En conséquence, l’alliage est durcissable par trempe et vieillissement, avec un réglage de taille/distribution des précipités selon l’état.

Quelles sont les propriétés physiques du 2219 ?

Densité et conductivité

La densité est d’environ 2,84 g/cm³ (typ.), légèrement supérieure aux Al faiblement alliés à cause du Cu. Sa conductivité thermique est ≈ 120 W·m⁻¹·K⁻¹ (typ.), utile pour évacuer les flux thermiques en service. La conductivité électrique se situe typiquement vers 30–40 % IACS.

Températures caractéristiques

Sa température de début de fusion (solidus) se trouve aux environs de 543 °C et celle de fin (liquidus) autour de 643 °C. Son coefficient de dilatation linéaire moyen est ≈ 22×10⁻⁶/°C à 20 °C et peut atteindre ≈ 24×10⁻⁶/°C vers 250 °C (typ.). Il subit donc une expansion thermique significative à considérer pour les grands écarts de température.

Quelles sont ses propriétés mécaniques selon l’état métallurgique ?

L’AA2219 est durcissable par précipitation : trempe de mise en solution suivie d’un vieillissement naturel ou artificiel. États usuels : O (recuit), T6 (vieillissement artificiel), T8/T87 (trempé + écroui + vieilli) et T851 (trempé, étiré de détensionnement, vieilli). Chaque état règle la taille/distribution des précipités et le compromis résistance/ductilité.

Niveaux de résistance typiques

Les normes de produits (p. ex. EN 485-2 / ASTM B209) fixent des seuils garantis selon épaisseur et état. L’orientation (L, T) et l’épaisseur influencent les valeurs minimales spécifiées.

Ténacité et fatigue

La ténacité à la rupture est élevée, ce qui retarde l’amorçage/propagation des fissures sous chargements variables. Par ailleurs, la limite d’endurance se situe vers 90–130 MPa pour ≈ 10⁷ cycles selon état et finition de surface. L’état T8 offre souvent un bon compromis pour un service sévère.

Comment utiliser l’alliage 2219 ?

Usinabilité et formabilité

Le 2219 offre une bonne usinabilité par rapport à d’autres Al à haute résistance puisque la présence de cuivre favorise des copeaux plus courts et limite le collage sur l’outil. À l’état O, l’usinage de formes complexes est aisé et réduit l’usure des outils.

La malléabilité à froid est moyenne : on privilégie l’usinage quand c’est possible. Cependant, un recuit d’adoucissement (O) avant formage améliore la ductilité pour des pliages/emboutissages légers. Ensuite, l’écrouissage rapide peut limiter les formages sévères sans traitement intermédiaire.

Aptitude au soudage, procédés et effets

Contrairement à la plupart des Al-Cu, le 2219 est bien soudable par TIG/MIG. Les additions V/Zr/Ti contribuent à limiter la fissuration à chaud, ce qui autorise même l’assemblage de pièces massives.

La ZF / ZAT est localement adoucie, le durcissement par précipitation est partiellement annulé lors du soudage. En conséquence, le Rp_0,2 dans le cordon peut se rapprocher de l’état O (≈ 100–170 MPa). Lorsque faisable, un traitement thermique de remise en état (re-trempe + vieillissement) restaure les propriétés autour du joint ; sinon, la conception tient compte des niveaux réduits en zone soudée.

Attention toutefois, les cordons soudés sont plus anodiques et nécessitent une protection (anodisation, peinture, revêtement) pour éviter les attaques localisées. Viser un état de type T8 après soudage permet d’améliorer la résistance à la corrosion sous contrainte.

Comment se comporte le 2219 face aux différentes corrosions ?

Comme les autres Al riches en Cu, le 2219 résiste moins bien à la corrosion générale que les séries 5000 ou 6000. L’usage d’Alclad (plaquage) et/ou de revêtements (anodisation, peintures) est donc recommandé pour une durabilité élevée en service. Ensuite, l’environnement (marine, humidité) pilote le niveau de protection requis.

Dans l’état approprié, en particulier T8, le 2219 montre une excellente résistance à la SCC. En milieu marin par contre, l’alliage non protégé est sensible (piqûres, couplages galvaniques) et requiert un système de protection robuste. On privilégie donc des barrières (peinture époxy, revêtements) pour isoler le substrat ; avec protection adaptée, la tenue en environnements sévères est maîtrisée.