Le laiton est un binaire alliage composé de cuivre et zinc produit depuis des millénaires et apprécié pour sa maniabilité, sa dureté, corrosion résistance et aspect attrayant.
Propriétés
- Type d'alliage: binaire
- Contenu: cuivre et zinc
- Densité: 8,3-8,7 g / cm3
- Point de fusion: 1652-1724 ° F (900-940 ° C)
- Dureté de Moh: 3-4
Les caractéristiques
Les propriétés exactes des différents laitons dépendent de la composition de l'alliage de laiton, en particulier du rapport cuivre-zinc. En général, cependant, tous les laitons sont appréciés pour leur usinabilité ou la facilité avec laquelle le métal peut être formé dans les formes et les formes souhaitées tout en conservant une résistance élevée.
Bien qu'il existe des différences entre les laitons à haute et faible teneur en zinc, tous les laitons sont considérés malléable et ductile (brasses à faible teneur en zinc plus encore). En raison de son faible point de fusion, le laiton peut également être coulé relativement facilement. Cependant, pour les applications de coulée, une teneur élevée en zinc est généralement préférée.
Les laits à faible teneur en zinc peuvent être facilement travaillés à froid, soudés et brasés. Une teneur élevée en cuivre permet également au métal de former une couche d'oxyde protecteur (patine) à sa surface qui protège contre la corrosion, une propriété précieuse dans les applications qui exposent le métal à l'humidité et érosion.
Le métal a une bonne chaleur et conductivité électrique (sa conductivité électrique peut être de 23% à 44% celle du cuivre pur), et il est résistant à l'usure et aux étincelles. Comme le cuivre, ses propriétés bactériostatiques se sont traduites par son utilisation dans les sanitaires et les établissements de santé.
Le laiton est considéré comme un alliage à faible friction et non magnétique, tandis que ses propriétés acoustiques ont conduit à son utilisation dans de nombreux instruments de musique «brass band». Les artistes et les architectes apprécient les propriétés esthétiques du métal, car il peut être produit dans une gamme de couleurs, du rouge foncé au jaune doré.
Applications
Les propriétés précieuses du laiton et sa relative facilité de production en ont fait l'un des alliages les plus utilisés. Compiler une liste complète de toutes les applications du laiton serait une tâche colossale, mais pour se faire une idée des les types de produits dans lesquels le laiton se trouve, nous pouvons classer et résumer certaines utilisations finales en fonction de la qualité du laiton utilisé:
Laiton à coupe libre (par exemple laiton C38500 ou 60/40):
- Écrous, boulons, pièces filetées
- Terminaux
- Jets
- Robinets
- Injecteurs
Histoire
Les alliages cuivre-zinc ont été produits dès le 5e siècle avant JC en Chine et ont été largement utilisés en Asie centrale au 2e et 3e siècle avant JC. Cependant, ces pièces métalliques décoratives peuvent être mieux appelées «alliages naturels», car il n'y a aucune preuve que leurs producteurs allient sciemment du cuivre et du zinc. Au lieu de cela, il est probable que les alliages aient été fondus à partir de minerais de cuivre riches en zinc, produisant des métaux de type laiton brut.
Les documents grecs et romains suggèrent que la production intentionnelle d'alliages similaires au laiton moderne, en utilisant du cuivre et un minerai riche en oxyde de zinc connu sous le nom de calamine, s'est produit vers le 1er siècle av. Le laiton de calamine a été produit en utilisant un processus de cémentation, par lequel le cuivre a été fondu dans un creuset avec du minerai de smithsonite (ou calamine) broyé.
Aux températures élevées, le zinc présent dans ce minerai se transforme en vapeur et imprègne le cuivre, produisant ainsi un laiton relativement pur avec une teneur en zinc de 17 à 30%. Cette méthode de production de laiton a été utilisée pendant près de 2000 ans jusqu'au début du 19e siècle. Peu de temps après que les Romains eurent découvert comment produire du laiton, l'alliage était utilisé pour le monnayage dans les régions de la Turquie moderne. Cela s'est rapidement répandu dans tout l'Empire romain.
Les types
Le «laiton» est un terme générique qui fait référence à une large gamme d'alliages cuivre-zinc. En fait, il existe plus de 60 types de laiton différents spécifiés par les normes EN (Norme européenne). Ces alliages peuvent avoir une large gamme de compositions différentes selon les propriétés requises pour une application particulière.
Production
Le laiton est le plus souvent produit à partir de débris de cuivre et de lingots de zinc. Le cuivre de rebut est sélectionné en fonction de ses impuretés, car certains éléments supplémentaires sont souhaités afin de produire la qualité exacte de laiton requise.
Parce que le zinc commence à bouillir et se vaporise à 1665 ° F (907 ° C), en dessous du point de fusion du cuivre 1981 ° F (1083 ° C), le cuivre doit d'abord être fondu. Une fois fondu, le zinc est ajouté dans un rapport approprié à la qualité du laiton produit. Bien qu'une certaine tolérance soit encore faite pour la perte de zinc due à la vaporisation.
À ce stade, tout autre métal supplémentaire, tel que conduire, de l'aluminium, du silicium ou de l'arsenic sont ajoutés au mélange pour créer l'alliage souhaité. Une fois l'alliage fondu prêt, il est coulé dans des moules où il se solidifie en grandes plaques ou billettes. Les billettes - le plus souvent en laiton alpha-bêta - peuvent être directement transformées en fils, tuyaux et tubes par extrusion à chaud, ce qui implique de pousser le métal chauffé à travers une filière ou un forgeage à chaud.
Si elles ne sont pas extrudées ou forgées, les billettes sont ensuite réchauffées et alimentées à travers des rouleaux en acier (un processus appelé laminage à chaud). Le résultat est des dalles d'une épaisseur inférieure à un demi-pouce (<13 mm). Après refroidissement, le laiton est ensuite introduit dans une fraiseuse, ou scalper, qui coupe une fine couche du métal afin d'éliminer les défauts de coulée de surface et l'oxyde.
Sous une atmosphère de gaz pour empêcher l'oxydation, l'alliage est chauffé et roulé à nouveau, un processus appelé recuit, avant d'être à nouveau roulé à des températures plus froides (laminage à froid) en feuilles d'environ 0,1 "(2,5 mm) d'épaisseur. Le processus de laminage à froid déforme la structure interne des grains du laiton, résultant en un métal beaucoup plus fort et plus dur. Cette étape peut être répétée jusqu'à ce que l'épaisseur ou la dureté souhaitée soit atteinte.
Enfin, les feuilles sont sciées et cisaillées pour produire la largeur et la longueur requises. Toutes les feuilles, les matériaux en laiton coulé, forgé et extrudé reçoivent un bain chimique, généralement un composé d'acide chlorhydrique et sulfurique, pour éliminer le tartre et le ternissement de l'oxyde de cuivre noir.