Qu'est-ce que l'alliage d'aluminium 7021 ?
Le 7021 est un alliage Al-Zn-Mg thermodurcissable de la famille 7xxx, enregistré sous EN AW-7021 (AlZn5,5Mg1,5) et sous UNS A97021. C'est la nuance 7xxx vers laquelle se tourner lorsque la pièce doit tenir la tolérance à travers un usinage lourd, ou doit être soudée et atteindre malgré tout une classe de résistance 7xxx — deux choses que le 7075 ne peut pas faire.
Le compromis qu'il fait porte sur le cuivre. Le 7075 contient 1,2–2,0 % de cuivre, ce qui lui confère sa résistance de pointe et lui coûte sa soudabilité et sa performance en corrosion sous contrainte. Le 7021 plafonne le cuivre à 0,25 %, abandonne environ 30 % de cette résistance, et en échange s'usine proprement, reste plat lors de passes profondes et peut être soudé par fusion — une combinaison que le reste de la famille 7xxx n'offre pas.
Composition chimique du 7021
Les limites ci-dessous sont les valeurs enregistrées selon EN 573-3. Une plage en dehors de celles-ci sur un certificat provient d'une norme différente, non d'un 7021 différent.
| Élément | Poids % | Rôle |
| Silicium (Si) | 0,25 max | Limite d'impuretés |
| Fer (Fe) | 0,40 max | Limite d'impuretés |
| Cuivre (Cu) | 0,25 max | Plafond qui maintient l'alliage soudable |
| Manganèse (Mn) | 0,10 max | Limite d'impuretés |
| Magnésium (Mg) | 1.2 - 1.8 | Élément durcissant |
| Chrome (Cr) | 0,05 max | Limite d'impuretés |
| Zinc (Zn) | 5.0 - 6.0 | Élément de renforcement principal |
| Titane (Ti) | 0,10 max | Affineur de grain |
| Zirconium (Zr) | 0.08 - 0.18 | Élève la température de recristallisation ; favorise la soudabilité |
| Autres, chacun / total | 0.05 / 0.15 | — |
| Aluminium (Al) | Reste | Métal commun |
Seules trois lignes sont des ajouts délibérés — zinc, magnésium et zirconium ; tous les autres éléments sont des plafonds sur ce qui peut être présent. Le cuivre est la ligne à vérifier en premier, car cette nuance le plafonne à 0,25 %. L'aluminium est enregistré comme le reste, non comme une plage fixe.
Propriétés mécaniques selon le traitement thermique
Le 7021 est commandé principalement en T6 et T651. L'EN 485-2 couvre les tôles, bandes et plaques ; l'EN 755-2 couvre les barres, tubes et profilés extrudés.
| Propriété | Valeur | État |
| Résistance à la traction, Rm | 400 MPa min (≈410 MPa typique) | T6, tôle et plaque, EN 485-2 |
| Limite d'élasticité, Rp0,2 | 350 MPa min | T6, tôle et plaque, EN 485-2 |
| Allongement, A / A50 | 10 % min / 8 % min | T6, tôle et plaque, EN 485-2 |
| Dureté | ≈120 HBW | T6 |
| Propriété physique | Valeur |
| Densité | 2,80 g/cm³ |
| Elastic modulus | 70 GPa |
| Conductivité thermique | 125 – 155 W/m·K |
| Dilatation thermique | 23 µm/m·K |
Une limite d'élasticité de 350 MPa est environ 27 % supérieure au 6061-T6 et environ 30 % inférieure au 7075-T6 — une véritable nuance 7xxx sans être une nuance à résistance de pointe. La conductivité thermique porte l'autre chiffre commercialement décisif : 125–155 W/m·K est ce qui permet à un moule en aluminium de cycler plus vite qu'un moule en acier.
Les faibles épaisseurs dépassent le minimum des plaques — la tôle de qualité anodisation de 1,5 à 3 mm est couramment testée à 460–480 MPa pour le T6 et le T651. Lisez les minimums de l'EN 485-2 comme valeurs de conception et les chiffres des épaisseurs plus fines comme performance d'usine ; le certificat de votre coulée détermine lequel s'applique.
Où le 7021 est utilisé
Trois groupes d'applications représentent la majeure partie de la nuance, et chacun découle de la même propriété — faible contrainte résiduelle dans la plaque, plus usinabilité libre.
Moules et plaques d'outillage
Le marché principal. Moules d'injection et de soufflage, thermoformage et outillage de transfert de résine utilisent tous plaques d'empreinte en 7021, tout comme les plaques de base et les tables de fixation de machines. La faible contrainte interne en est la raison : une empreinte profonde conserve sa forme au lieu de fluer à mesure que la matière est enlevée, et l'argument contre l'outillage en acier est le temps de cycle plutôt que la résistance.
Composants usinés et hydrauliques
Les blocs collecteurs, corps de vannes, plaques de montage et composants d'entraînement utilisent le même comportement de coupe — copeaux courts, finition propre, durée de vie d'outil qui tient sur les longues séries. Lorsque la coupe est profonde ou asymétrique, spécifiez T651.
Assemblages soudés
Le 7021 est l'un des rares alliages Al-Zn-Mg pouvant être soudé par fusion, ce qui découle du plafond de cuivre et de l'ajout de zirconium. Lorsqu'une pièce nécessite une résistance 7xxx et un joint soudé, c'est pourquoi la nuance est spécifiée. En structure soudée de volume, 7005 ou 7020 est généralement la voie la moins coûteuse.
Options d'états du 7021
Le 7021 est fourni en trois états, chacun répondant à une exigence de traitement différente.
| Tempérer | Traitement | Classe de résistance | Meilleur pour | Éviter lorsque |
| T6 | Traitement thermique de mise en solution et vieillissement artificiel | Minimums EN 485-2 | Moules, pièces structurelles générales et pièces soudées fournies prêtes à l'emploi | Usinage profond où la contrainte résiduelle importe |
| T651 | T6 plus un étirage contrôlé de détente de 1–3 % | Même classe que T6 | Pièces fortement usinées : poches profondes, coupes asymétriques, planéité serrée | Non nécessaire lorsque seul un léger détourage ou perçage est impliqué |
| T62 | Mis en solution et vieilli après formage ou fabrication | Équivalent à T6 | Ensembles vieillis en tant que pièce finie plutôt que fournis vieillis | Commande de matière brute — spécifiez T6 ou T651 |
7021 vs 7075 vs 6061
Ces trois alliages couvrent la plupart des décisions relatives à l'aluminium à haute résistance.
| Propriété | 7021-T6 | 7075-T6 | 6061-T6 |
| Résistance à la traction | 400 MPa min (≈410 typique) | 572 MPa typique | 310 MPa typique |
| Limite d'élasticité | 350 MPa min | 503 MPa typique | 276 MPa typique |
| Élongation | 10% min | ~11% | 12–17% |
| Densité | 2,80 g/cm³ | 2,81 g/cm³ | 2,70 g/cm³ |
| Contraintes résiduelles / stabilité | Très faible ; qualité plaque d'outillage | Élevée ; se déforme lors d'usinages lourds | Modéré |
| Usinabilité | Excellente ; copeaux courts, bon poli | Bon | Bon |
| Soudabilité | Bonne, avec MIG/TIG qualifié et filler 5356 ou 5183 | Non recommandé pour le soudage par fusion | Excellente, tous procédés courants |
| Résistance à la corrosion | Modérée ; nécessite revêtement ou anodisation | Limitée ; nécessite revêtement ou rechargement | Bon |
| Applications typiques | Moules, plaques d'outillage, pièces usinées et hydrauliques, ensembles soudés | Pièces usinées fortement sollicitées, structure de cellule | Fabrication générale, marine, architecture |
La colonne 7021 correspond au minimum de l'EN 485-2 ; les colonnes 7075 et 6061 indiquent des valeurs typiques publiées. Comparez l'ordre de grandeur plutôt que les décimales, et confirmez les valeurs applicables à votre propre forme et épaisseur sur le certificat du laminoir.
Mise en œuvre du 7021
Usinage
L'usinabilité est la raison d'être de cette nuance, et le 7021 se situe au sommet de la gamme pour un alliage 7xxx. Les copeaux se brisent courts, l'état de surface est propre, et l'outillage carbure à des vitesses de broche modérées à élevées tient bien. L'acier rapide convient pour les formes peu profondes, mais le carbure est là où se situe l'économie.
Pour les poches profondes, les coupes asymétriques ou les tolérances de planéité serrées, spécifiez T651 plutôt que T6. La détente par traction est appliquée avant l'usinage, de sorte que la plaque ne se détende pas en se déformant en cours de travail. Pour l'ébavurage, le perçage et le fraisage léger, le T6 est suffisamment stable.
Soudage
Le 7021 peut être soudé par fusion, et c'est là le différenciateur — cela découle du plafond de cuivre et de l'ajout de zirconium. Le filler est une nuance 5xxx, 5356 ou 5183, ce qui maintient suffisamment de magnésium dans le bain pour résister à la fissuration de solidification.
Au-delà du choix du filler, c'est une question de procédure plutôt que de matériau : le fabricant doit qualifier le mode opératoire de soudage pour cet alliage au lieu d'hériter d'un mode opératoire rédigé pour un travail en 6xxx. Attendez-vous à ce que la soudure, et non le métal de base, soit l'élément limitant la résistance, et dimensionnez la section en conséquence.
Protection contre la corrosion
Comme la plupart des aluminiums riches en zinc, le 7021 présente une résistance à la corrosion modérée et nécessite une protection pour un service extérieur ou humide. Trois approches couvrent la plupart des cas.
- Anodisation. L'anodisation sulfurique construit une barrière d'oxyde contrôlée. Attendez-vous à ce que la couche soit moins uniforme que sur un alliage 6xxx, et confirmez la classe de finition sur un échantillon avant de valider une pièce décorative.
- Systèmes de peinture. Le traitement de conversion, le primaire époxy et une finition polyuréthane constituent la construction industrielle standard. La préparation de surface est ce qui détermine si le revêtement tient.
- Concevoir pour le drainage. Évitez les poches, les crevasses et les faces planes orientées vers le haut où l'eau stagne. Les choix géométriques préviennent plus de corrosion que n'importe quel revêtement ne répare.
Limite de température en service
Le 7021 est durci par précipitation, donc sa résistance dépend du maintien de la phase de durcissement telle qu'elle a été vieillie. Un service continu au-dessus d'environ 100–120 °C commence à sur-vieillir le revenu et fait chuter la limite d'élasticité, tandis que de brèves excursions jusqu'à environ 200 °C sont tolérables sans constituer une caractéristique de dimensionnement.
Le zirconium ralentit le processus par rapport au 7075, mais aucun des deux alliages n'est un choix pour haute température. Pour une chaleur soutenue, orientez-vous plutôt vers une nuance résistante à la chaleur.
Avantages et limites en un coup d'œil
| Facteur | Avantage | Limitation |
| Stabilité en cours d'usinage | Contraintes résiduelles très faibles ; qualité plaque d'outillage | — |
| Usinabilité | Copeaux courts, finition propre, bonne polissabilité | Spécifiez T651 pour un enlèvement de matière profond ou irrégulier |
| La force | 350 MPa limite d'élasticité minimale en T6 — une véritable classe 7xxx | ~30% inférieur au 7075-T6, là où la limite d'élasticité gouverne |
| Soudabilité | L'un des rares alliages 7xxx pouvant être soudé par fusion | Nécessite son propre mode opératoire qualifié ; une certaine perte en zone affectée thermiquement est inévitable |
| Résistance à la corrosion | Adéquat une fois anodisé ou peint | Alliage nu non adapté à un service humide ou marin non protégé |
| Conductivité thermique | 125–155 W/m·K ; cyclage de moule plus rapide que l'acier | — |
| Température de service | Stable jusqu'à environ 100–120 °C | N'est pas un alliage pour haute température |
| Disponibilité | Standard en plaque et barre, plus formes extrudées | Moins largement stocké que le 6061 ; confirmez avant de concevoir autour de lui |
Go/No-Go
Utilisez ces seuils pour décider si le 7021 a sa place dans la conception avant de le comparer à quoi que ce soit d'autre.
Choisissez le 7021 lorsque :
- La pièce est un moule, une plaque à empreinte ou une plaque d'outillage qui doit rester plane à travers des coupes profondes ou irrégulières — spécifiez T651 lorsque l'enlèvement de matière est important ou asymétrique.
- La pièce doit être soudée et nécessite une résistance de niveau 7xxx que le 6061 ne peut pas fournir.
- Vous souhaitez un cyclage de moule plus rapide que l'acier, appuyé par une conductivité thermique de 125–155 W/m·K.
- Le coût d'usinage par pièce compte davantage que les derniers pour cent de limite d'élasticité de preuve.
Éviter le 7021 lorsque :
- La résistance maximale détermine la conception et rien n'est soudé — 7075-T6 offre environ 30% de limite d'élasticité de preuve en plus, ce qui convient aux pièces usinées boulonnées et rivetées.
- Une limite d'élasticité de preuve de 276 MPa est suffisante — 6061-T6 offre une résistance à la corrosion sans surcoût, une soudabilité facile et une disponibilité bien plus large, et la stabilité importe moins lorsque les coupes restent légères.
- La pièce sera exposée sans protection en service humide, marin ou chimique — opter plutôt pour un alliage 5xxx ou 6xxx.
- Le service continu dépasse environ 120 °C, où le sur-vieillissement dégrade le revenu.
- La pièce nécessite un formage important après vieillissement — le 7021-T6 n'est pas un alliage de formage ; former à l'état O et traiter thermiquement ensuite.
- Il n'y a rien à usiner et aucune soudure à réaliser — les avantages de l'alliage n'ont nulle part où s'appliquer.
Conclusion
Le 7021 occupe une place spécifique dans la famille 7xxx. Il abandonne environ 30% de la limite d'élasticité de preuve du 7075 et ses performances de corrosion issues du cuivre, et en échange il s'usine proprement, conserve sa forme lors de coupes importantes et peut être soudé — une combinaison qu'aucun autre alliage 7xxx n'offre dans un ensemble aussi cohérent. Cela vaut la peine d'être payé pour une empreinte de moule, un bloc collecteur ou une grande plaque usinée, et ne vaut pas la peine d'être payé pour une pièce où la charge de calcul est le seul critère important.
Nous fournissons le 7021 en T6 et T651 sous forme de plaque, barre, tube et bloc, avec un MTC sur chaque commande. Notre usinage CNC, soudage et anodisation en interne couvrent les étapes d'usinage et d'assemblage pour lesquelles ce grade est habituellement spécifié, et des dimensions personnalisées à faible MOQ sont produites sur commande.
Envoyez-nous votre dessin, forme et revenu, et nous confirmerons ce que nous pouvons fournir selon la norme que vous indiquez.
Questions fréquemment posées
Quel est le minimum de commande pour une plaque 7021, et quel délai dois-je prévoir ?
Les dimensions fabriquées sur dessin relèvent d'une production personnalisée à faible MOQ, généralement 10 à 60 jours selon la forme, le revenu et la quantité. Les dimensions standard de plaque et de barre sont expédiées depuis le stock.
Quels documents accompagnent une commande de 7021 ?
Un certificat d'essai d'usine rapportant la composition chimique et les résultats mécaniques du lot, inclus avec chaque expédition. Lorsqu'un projet nécessite une vérification indépendante, des rapports SGS peuvent être organisés sur demande à un coût d'essai supplémentaire.
Pouvez-vous usiner des plaques de moule en 7021 et fournir des pièces finies ?
Oui — les plaques d'empreinte, les blocs collecteurs et les plaques de fixation sont usinés en interne, de sorte que le matériau et l'usinage sont chiffrés ensemble.
Le 7021 peut-il remplacer le 7075 dans une conception de moule existante ?
Uniquement si la conception n'est pas limitée par la résistance. Le 7021 abandonne environ 30% de la limite d'élasticité de preuve du 7075, de sorte qu'une empreinte dimensionnée sur les épaisseurs de paroi du 7075 doit être revérifiée. Lorsque le temps d'usinage, la planéité et la soudabilité guident le choix plutôt que la résistance de pointe, le remplacement est généralement rentable.
