Les blocs moteurs en aluminium sont utilisés depuis de nombreuses années pour des applications courantes et de haute performance. L’aluminium présente plusieurs avantages par rapport à la fonte, le plus évident étant le poids. Un bloc en aluminium V8 de seconde monte est généralement de 45 à 57 kg plus léger qu’un bloc en fonte d’usine de cylindrée équivalente. Ajoutez une paire de culasses en aluminium, et vous pouvez réduire encore le poids d’environ 14 à 18 kg.
L’aluminium présente également d’autres avantages. L’un d’eux est qu’il conduit la chaleur beaucoup plus rapidement que la fonte (environ trois fois plus vite). Cela signifie qu’un bloc (ou une culasse) en aluminium peut extraire la chaleur de la chambre de combustion lorsque le moteur est fortement sollicité, réduisant ainsi le risque de détonation dommageable pour le moteur. La capacité de refroidissement supérieure des blocs et des culasses en aluminium vous permet souvent d’utiliser des taux de compression statiques légèrement plus élevés pour améliorer le rendement thermique et la puissance, et/ou d’avancer l’allumage de quelques degrés pour initier la combustion du mélange air/carburant un peu plus tôt dans le cycle de combustion.
L’aluminium est également relativement facile à souder par rapport à la fonte. Si un bloc est fissuré, la fissure peut être meulée et remplie à l’aide d’un poste à souder TIG. Le soudage peut souvent sauver un bloc qui serait autrement mis au rebut. Si un bloc en fonte se fissure dans un cylindre, il peut généralement être sauvé par un chemisage, et les fissures ailleurs dans le bloc peuvent parfois être réparées par soudage au four. Mais ce n’est pas aussi facile que le soudage TIG de l’aluminium.
Cependant, l’aluminium présente également quelques inconvénients. Outre le coût plus élevé, l’aluminium est plus tendre que la fonte. Cela signifie que les cylindres doivent être chemisés à l’eau ou à sec, ou pulvérisés au plasma avec une sorte de revêtement résistant à l’usure en nickel-chrome comme l’Alusil ou un matériau similaire. De nombreux blocs Ford, GM, Chrysler et importés récents ont des chemises en fonte coulées en place, mais certains constructeurs européens utilisent des revêtements de cylindres pulvérisés au plasma. Pour les blocs en aluminium de seconde monte, il s’agit principalement de chemises en fonte coulées, en fonte ductile ou en acier emmanchées à la presse.
L’aluminium étant plus tendre que la fonte, les forets et les fraises ont une durée de vie plus longue lors de l’usinage de l’aluminium. Le carbure fonctionne bien sur la fonte et l’aluminium, mais si vous utilisez des superabrasifs, le PCD est le meilleur choix pour l’aluminium.
Le problème avec le CBN est que les copeaux d’aluminium ont tendance à coller à l’outil, ce qui peut augmenter le risque de bavures ou de marques sur la surface du pont lorsque vous fraisez un bloc. Une façon de réduire ce risque lors de l’usinage de l’aluminium avec du CBN est de lubrifier légèrement la surface métallique avec du WD-40, de l’huile d’olive ou même du polish pour meubles – ou de changer vos outils pour du PCD.
La plupart des blocs moteurs en aluminium moulé sont fabriqués à partir de l’un des trois alliages suivants : 319, A356 ou A357. L’alliage 319 est composé de 85,8 % à 91,5 % d’aluminium, de 5,5 % à 6,5 % de silicium, de 3 % à 4 % de cuivre, de 0,35 % de nickel, de 0,25 % de titane, de 0,5 % de manganèse, de 1 % de fer, de 1 % de zinc et de 0,1 % de magnésium. L’alliage est traité thermiquement T5 pour durcir et renforcer le métal avant que le bloc ne soit usiné aux dimensions finales.
Pour les applications performantes, les alliages A356 et A357 sont les plus couramment utilisés. Ces alliages ont une proportion plus élevée d’aluminium (91,1 % à 93,3 %), plus de silicium (6,5 % à 7,5 %), un peu plus de magnésium (0,25 % à 0,45 %) mais moins de cuivre (0,2 %), moins de fer (0,2 %) et moins de zinc (0,1 %). L’alliage est relativement mou lorsqu’il est coulé, mais il devient finalement beaucoup plus résistant après avoir subi un traitement thermique T6.
Les blocs moteurs en aluminium billette sont fabriqués à partir d’un alliage « aérospatial » 6061 différent, qui est plus ductile que l’A356 ou l’A357 et qui est très résistant à la fissuration sous des pressions extrêmes. L’alliage 6061 des blocs billettes forgés est souvent soumis à une pression pour réduire la porosité et augmenter la densité. Cela confère au 6061 billette une résistance à la traction de 414 à 483 MPa, contre 90 à 97 MPa pour l’aluminium moulé A356. C’est pourquoi les applications de course les plus exigeantes, comme les dragsters Top Fuel, utilisent des blocs en aluminium billette 6061.
Bien que chaque alliage d’aluminium courant ait des propriétés physiques légèrement différentes, ils ont tous un coefficient de dilatation thermique plus de deux fois supérieur à celui de la fonte. Par conséquent, lorsqu’un bloc en aluminium passe de la température ambiante à la température de fonctionnement, il subit une croissance dans toutes les directions deux fois plus importante que celle d’un bloc en fonte.
Les blocs en aluminium peuvent être usinés pour accepter des chemises humides ou sèches, mais les chemises sèches sont les plus couramment utilisées. Les avis divergent sur la manière d’usiner la surface du pont pour assurer l’étanchéité du joint de culasse. De nombreux préparateurs de moteurs de la vieille école laissent les chemises dépasser légèrement du bloc pour assurer l’étanchéité du joint en raison de la croissance du bloc. Cela peut être un problème avec certains blocs en aluminium en raison de leur conception et de leur alliage, mais dans de nombreux cas, le problème des chemises qui glissent sous la surface du pont est dû au positionnement des chemises plutôt qu’à la croissance du bloc.