les alliages de fonderie

Transcription

Alliages de fonderie
LES ALLIAGES DE FONDERIE
Solidification - procédés et simulation du moulage
1
Mise en forme des métaux - Master MAM - A. Ikhlef
LES DIFFÉRENTES FAMILLES D’ALLIAGES DE FONDERIE
Alliages de fer : Fontes
Alliages d’aluminium
Alliages de cuivre
Alliages de zinc
Alliages de magnésium
2
ALLIAGES DE FONDERIE
CHIFFRE D’AFFAIRE 2006
PAR ALLIAGE (France)
Alliages
Légers (Al, Mg)
PRODUCTION 2006
PIÈCES MOULÉES EN
FRANCE
Alliages
non ferreux
Autres alliages
non ferreux
Fontes
1 946 525
Aciers
116 583
légers (Al, Mg)
291 377
cuivre
25476
zinc et divers
28 280
Production totale 2006
Aciers
2 408 241
PRODUCTION 2005 PIÈCES MOULÉES DANS LE MONDE
(en milliers de tonnes)
Fontes
Alliages
ferreux
3
Pays
Ferreux
Non ferreux
Chine
21 900
2 540
UE
12 242
3 390
USA
10 061
2 836
Russie
5 680
1 940
France
1 968
373
Monde
70 620
14 600
LES FONTES
COMPOSITION
Fer ‒ Carbone (de 2 à 4 %) ‒ Silicium (de 0 à 5%)
Additions pour propriétés particulières (Cr, Ni, Mo ….)
Métal
alliage
AVANTAGES
Prix $/T
(2007)
Fonte grise
300
Acier
400
Aluminium
2200
Magnésium
3000
Zinc
3000
Cuivre
8000
Plus fort tonnage de produits moulés
Titane
15000
Tous secteurs industriels
Nickel
32000
Matériaux économiques
Large spectre de propriétés
4
FONTES GRISES OU FONTES À GRAPHITE
STRUCTURE
Cristaux de fer (CC ou CFC) +
Carbone combiné (Carbures) +
Graphite libre (lamelles ou nodules)
C en lamelles : (FGL) Fonte Graphite Lamellaire
C en nodules : (FMN) Fonte malléable nodulaire
C en sphères : (FGS) Fonte graphite sphéroïdal
Fonte malléable nodulaire
Fonte à Graphite Lamellaire
Fonte à graphite sphéroïdal
Fonte
Désignation
FGL
FGL xxx
FGS
FGS xxx-xx
FMN
MN xxx-xx
FB non alliée
FBO
FB faiblement alliée
FBA
Fontes alliées
FGL Ni20 Cr2
FGS Ni20 Cr2
FB Cr26 Mo Ni
5
FONTES GRISES OU FONTES À GRAPHITE
STRUCTURE - PROPRIÉTÉS
Perlite : pour la
résistance mécanique
1) Matrice
Ferrite : pour la
ductilité
2) Graphite
- Augmente la capacité d amortissement des vibrations
- Améliore l usinabilité (lubrifiant)
- Réduit le retrait par gonflement
- Aucune résistance mécanique
- Effet d entaille des lamelles : concentration de contrainte
6
LES FONTES BLANCHES
STRUCTURE
FONTE HYPOEUTECTIQUE
FONTE HYPEREUTECTIQUE
Cristaux de fer (CC ou CFC)
+
Carbone combiné (Carbures)
Lédéburite
(Austénite-Cémentite)
Fonte
Cémentite
Perlite
Cémentite
primaire
Cémentite
Perlite
Désignation
FGL
FGL xxx
FGS
FGS xxx-xx
FMN
MN xxx-xx
FB non alliée
FBO
FB faiblement alliée
FBA
Fontes alliées
FGL Ni20 Cr2
FGS Ni20 Cr2
FB Cr26 Mo Ni
FONTES TRUITÉES
Matrice de fonte blanche
+ zones de fonte grise
7
LES FONTES
FACTEURS INFLUENCANT LA STRUCTURE
%C + %Si
1) TEMPÉRATURE DE COULÉE
- une température plus élevée favorise le passage
FGL ‒ F truitée ‒ FB
6
Composition
2) COMPOSITION EN SILICIUM
- élément graphitisant,
- favorise le caractère hypereutectique :
CE = (%C) + 0,33 (%Si)
FG
Ferrite
FB FT
FG
Perlite
FG
P
-F
4
3) CONDITIONS DE REFROIDISSEMENT
20
60
Ø mm
Le refroidissement lent favorise la graphitisation
Massivité de la pièce
La loi de refroidissement dépend de :
- Nature du moule
- Massivité de la pièce
40
8
FONTES
Fe – C - Si
CLASSIFICATION
DES FONTES
Inoculation au ferro-silicium
FONTES BLANCHES
(Carbures)
CE = (%C) + 0,3(%Si)
FONTES À GRAPHITE
FONTES À GRAPHITE NODULAIRE
Graphite
formé à la
solidification
Graphite formé
à l état liquide
(Traitement de
sphéroidisation)
Graphite formé
à l état solide
(Traitement de
nodularisation)
FONTES
BLANCHES
FONTES
MALLEABLES
FB
FMN
CE = 4 à 4,3%
9
FONTES À
GRAPHITE
SPHÉROIDAL
FGS
FONTES À
GRAPHITE
LAMELLAIRE
FGL
LES FONTES NON ALLIEES
FGL
FGS
Coût élevé : Désulfuration & traitement Mg
Coulée : 1400 °C en sable durci
CE : 4 à 4,3% - Inoculation au Fe-Si
Propriétés : Celles de FGL +
- Résistance mécanique
- Ductilité (20%) et Résilience
- Tenue en fatigue améliorée
- Caractéristiques # aciers forgés
Coulée : 1400 °C en sable
Structure : graphite + matrice ferrite-perlite
Propriétés
- Faible retrait
- Coulabilité
- Usinabilité
- Capacité d amortissement chocs et vibrations
- Dureté
- Conductivité thermique
- Aptitude aux traitements thermiques
Utilisations spécifiques : pièces de sécurité
(vilebrequins, supports de fusée de roue,..
FB
Obtention : Refroidissement rapide, pas ou peu de Si
Structure : Cémentite + perlite
Propriétés
- Résistance élevée à l abrasion et au frottement
- Résistance à l oxydation et à la corrosion
FMN
Graphite nodulaire obtenu
par traitement thermique de fontes blanches
Arbres à cames, poussoirs de soupape, cylindre de laminoir
(extérieur)
10
LES FONTES ALLIÉES
FG ALLIÉES
FB ALLIÉES
FG au Ni-Mo et Ni-Cr
Ni-Hard : Ni 4 Cr1
- Résistance à l abrasion
- Meilleure ténacité
Fontes bainitiques (Ni4 Mo1)
Fontes martensitiques (Ni4 Cr1
- Résistance à l usure
FB au Cr (11 à 28%)
- Dureté très élevée (Carbures de Cr)
Ni-Resist : Ni20 à 35%
Fontes austénitiques
- Résistance à chaud et à basse température
- Résistance à la corrosion
- Amagnétisme
FB ferritiques au Cr (28 à 34%)
- Résistance à la corrosion
- Résistance à chaud
Fontes ferritiques au Si (4 à 17%) :
- Structure ferritique (Si4)
- Stabilité à chaud (Si 12 à 17%)
- Résistance à la corrosion , dureté et fragilité
Pales de malaxeuse, vis, boulets de
broyeur, outillage agricole , ..
11
ALLIAGES D’ALUMINIUM POUR FONDERIE
PROPRIÉTÉS GÉNÉRALES
- Masse volumique
- Usinabilité
Biens de consommation
Machines
Équipements
Meubles
Sports
- Conductivité thermique et électrique
- Résistance corrosion sèche
Au
t
29 res
%
- Aptitude au moulage (nuances au Si)
Automobile
Aéronautique
Ferroviaire
Marine
Tr
an
26 spor
% ts
20% du marché européen de l Al
Em
- Industrie automobile
ba
20% llage
icité
r
t
c
Éle
Lignes
Accessoires
9%Co
n s tr
uct
20% ion
SECTEURS UTILISATEURS
Canettes
Papier Al
Ponts
Portes Fenêtres
120 kg d Al/véhicule
- Construction électrique
Toiture
Revêtements
- Appareils ménagers
- Armement
- Aéronautique
12
ALLIAGES D’ALUMINIUM POUR FONDERIE
DÉSIGNATION ALPHANUMÉRIQUE
Norme européenne : NF.NE 1780-1
Al
Cast (« fonte »)
EN AC xxxxx
Lingot
EN AL xxxxx
Famille
Alliages d’aluminium
1er et 2ème chiffres
3ème chiffre
4ème et 5ème chiffres
N° groupe 1 à 8 et
N° sous groupe
Arbitraire, caractéristique de la
nuance
00
DÉSIGNATION SYMBOLIQUE
Norme européenne : NF.NE 1780- 2
Alliage
EN AC AlCu4Mg1
Famille
Alphanumérique
Symbolique
Aluminium - cuivre
21000
AC 21000
ACAlCu4MgTi
Aluminium - silicium
40000
AC 43300
ACAlSi9Mg
Aluminium - magnésium
50000
AC 51200
ACAlMg9
Aluminium - zinc
70000
AC 71000
ACAlZn5Mg
13
ALLIAGES D’ALUMINIUM DE FONDERIE
Alliages aluminium - silicium
Influence du silicium
- Améliore la coulabilité (maximale au voisinage
de l eutectique)
- Compense le retrait de solidification de l Al
élément
Al
Si
ΔV/V (%)
- 6,5%
+ 10%
- N altère pas la résistance à la corrosion
Rm de 110 à 180 MPa
14
Alliages aluminium - silicium
Principaux alliages d’usage général
Al - Si
Al-Si-Mg
Al - Si - Cu
A-S2GT A-S7G A-S9G A-S10G A-S5U3 A-S9U3 A-S12UNG
Propriétés
Résistance mécanique : de 110 à 180 MPa
Aptitude aux traitements de surface
Aptitude aux traitements thermiques
Tenue à chaud (Cu)
Coulée sous pression
Applications
- Appareils ménagers - Bâtiment Cycles ‒ Mécanique
- Pièces de quincaillerie de bâtiment
- Automobile (roues, bras de suspension traverses pivots, étriers)
Al Si Cu : culasse, collecteur, carter,bloc moteur,
boîtier de direction, pièces mécaniques peu épaisses
- Armement - Aéronautique (carter boite d engrenages),
- Pièces mécaniques variées
15
Autres éléments
Mg
- Aptitude aux traitements thermiques (Mg2Si)
- Dégrade les propriétés de fonderie à teneur élevée
Cu
- Aptitude aux traitements thermiques (Al2Cu)
- Criquabilité, corrosion
- Améliore tenue à chaud
Zn
- Aptitude aux traitements thermiques
- Bonne soudabilité
Impuretés
Origine :
Fe : Impureté minerai et par diffusion à partir du creuset en acier
H2 : se forme à partir de l humidité (nécessité du préchauffage des moules et contrôle des sables)
O2 et H2 : Fortement solubles dans Al liquide et Peu solubles dans Al solide
Retassure, porosité, crique à chaud
16
Al-Si 18 à 22 hypersiliciés
A-S18UNG et A-S22UNK
• Faible coefficient de dilatation
• Bonne tenue mécanique à chaud
• Bonne résistance au frottement
Automobile : pistons pour moteurs
Al-Cu
A-U8S A-U5GT,
Bonnes usinabilité et résistance mécanique
Aéronautique, armement, véhicules divers
Nouveaux alliages aérospatiale :
AU5GAgT ; AU5MGT ; AU4Z3G
Al-Mg
A-G3T
Usinage facile
Excellente tenue à la corrosion
Anodisation, polissage
Industrie alimentaire, marine
Al-Zn
Autotrempants, bonne soudabilité
A-Z5G
17
18
ALLIAGES DE MAGNÉSIUM
EVOLUTION DE LA PRODUCTION
Production mondiale : 630 000 t en 2005
dont 468 000 t en Chine
Année
Prix
$/T
1999
3100
2000
2740
2001
2500
2002
2400
2003
2100
2004
2496
2005
2492
Métal
alliage
Prix
$/T
Fonte grise
300
Acier
400
Aluminium
2200
Magnésium
3000
Zinc
3000
Cuivre
8000
Titane
15000
Nickel
32000
19
PROPRIÉTÉS DU MAGNÉSIUM
105
Liquide
MASSE VOLUMIQUE : 1.74 g/cm3
Gain de poids en automobile et aéronautique
104
STRUCTURE : Hexagonale
Solide
Anisotropie des propriétés
Déformation à froid très limitée (10 à 20 %)
TEMPÉRATURE DE FUSION : 650 °C
Bonnes propriétés de Fonderie
Très bonnes fluidité et coulabilité
Pression
103
650 °C
365 Pa
102
10
Vapeur
1
CHALEUR LATENTE de solidification : faible
Durée de vie des moules plus importante
0.1
400
800
POINT TRIPLE : 650 °C ‒ 365 Pa
Température
Avantage : Purification du Mg par sublimation à basses température et pression
Inconvénient : Fusion sous vide impossible
1200
RÉSISTANCE ET DUCTILITÉ : médiocres
RÉSISTANCE SPÉCIFIQUE : élevée
État du métal
Re MPa
Rm MPa
A%
Brut de coulée
35
120
7
Brut de filage
45
220
12
47-75
200-250
17
Mg haute pureté
20
E MPa
46500
PROPRIÉTÉS DU MAGNÉSIUM
CAPACITÉ D AMORTISSEMENT des vibrations : Très bonne
SOUDABILITÉ : Bonne après décapage et sous atmosphère protectrice argon (éviter l action de l oxygène)
POUVOIR DE CONFINEMENT ÉLECTROMAGNÉTIQUE
PRINCIPAUX HANDICAPS
TENUE À LA CORROSION ÉTAT DE SURFACE : Mauvais
TENUE À CHAUD : Limite de 350°C (déformation par fluage)
AFFINITÉ POUR L OXYGÈNE ET L EAU : très élevée
ATTAQUE LES RÉFRACTAIRES (silice, alumine, ..)
SENSIBILITÉ À L INFLAMMATION
dès 650 °C pour Mg liquide
dès 310 °C pour Mg pulvérulent
Interdit les applications bloc moteur
Impose la fusion à l abri de l air et l utilisation de flux
très corrosifs pour les installations
Risque d explosion dans l air
Impose la fusion dans creuset en acier (dissolution de Fe)
et des sables spécifiques pour la coulée
Danger de tout contact de Mg liquide avec l humidité
Fort dégagement d énergie (chaleur, lumière, flamme)
Risques d incendie pour Mg en poudre ou copeaux
(risque en usinage et sablage)
21
PRINCIPAUX ALLIAGES
ZIRCONIUM, ZINC
- Grand pouvoir d affinage à faible teneur (0,4 à 1%) :
rôle de centre de germination de Zr en globules
- Améliore Rm et la coulabilité
Alliages
Al
Zn
Mg ‒ Al ‒ Zn
0-9
1
Mg ‒ Zn
0-5
Mg ‒ Zr ‒ Zn
0-5
Mg ‒ Zr - TR
TR
Zr
0-1
0-1
0-3
ALUMINIUM
- Affine le grain et améliore Rm
- Augmente la tendance à la microporosité
TERRES RARES : THORIUM, YTTRIUM
- Améliorent :
La résistance mécanique Rm
la coulabilité,
la résistance à la corrosion,
la résistance à chaud
DÉSIGNATION
Exple : Mg Al8 Zn1
Symbolique
Afnor
Astm
Mg Al8 Zn1
G A8 Z1
AZ81
Afnor
Astm
Mg
G
Al
A
A
Zn
Z
Z
- Diminuent la tendance à la micro porosité
22
PRINCIPAUX ALLIAGES DE FONDERIE
23
UTILISATIONS PRINCIPALES DU MAGNÉSIUM
Utilisations non structurales : 75 %
- dont 50 % Boites de boissons
- Alliages d Al
48 %
Série 5000
- Sidérurgie
11 %
Désulfuration fonte et acier, Fonte GS
- Agent réducteur
3%
Élaboration Ti, Zr, Be, U
- Électrochimie
3%
Protection cathodique - piles
- Autres
10 %
Mg + MO
→
MgO + M
Chimie, pyrotechnie
Utilisations structurales : 25 %
- Produits de
corroyage
- Fonderie
5%
20 %
Moulage sous pression
automobile et aéronautique
24
Aujourd'hui : 4 à 5 kg /véhicule aux USA
2015 : 50 à 60 kg /véhicule
APPLICATIONS STRUCTURALES EN FONDERIE
Industrie des transports (aéronautique, automobile, ferroviaire) :
Alliages GA9Z1 , G4ZTR et WE43
Carters de boite de vitesse, carters divers (auto et hélicoptère)
Sièges de passagers (avions), roues de mirage 2000, cadres de sièges TGV
Carburateurs, pompes à carburant,
roues de voiture, fourches, roues pour motocycles
Support de colonne de direction
Poutre de planche de bord
Structure de siège et de porte
Tableaux de bord automobile
Outillage
Exemple de gain de poids
boite de vitesse pour
embrayage
Acier
14 kg
Alliage d Al
4,5 kg
Alliage de Mg
2,8 kg
Tronçonneuse, perceuse
Industrie électrique et électronique
Alliages GA9Z1 , G4ZTR et GA3Z1
Caméras portatives, carters de moteurs, boîtiers divers, bras de levier de lecture DD
Divers
Échafaudages mobiles, diables, brouettes, échelles
Projecteurs cinéma et diapos, aspirateurs, jouets, armatures pour bagages légers
25
ALLIAGES DE ZINC
PROPRIÉTÉS
Masse volumique
7,14 g/cm3 (métal lourd)
Structure
Hexagonal avec c/a = 1,856
(Glissement limité)
Température de fusion
419,5 °C
Fonderie,
Fonderie fluage,
Excellente coulabilité
Température de vaporisation
907 °C
Module d élasticité
93 000 MPa
Résistance mécanique
140 MPa (faible)
Allongement à rupture
50 % (ductile)
26
ALLIAGES DE ZINC
DÉSIGNATION
Désignation
Numérique Abrégé
Zx
ZINC NON ALLIÉ
Al
Cu
Mg
Cr
Ti
Chiffre indiquant le degré de pureté du zinc
Impuretés principales : Pb , Cd ,Fe, Sn, Cu
Z9
Z8
Z7
Z6
Z5
99,995
99,95
99,5
98,5
98
ALLIAGES DE ZINC
Exclusivement
Zn Al ‒ (Cu, Cr, Ti)
Désignation Numérique
Lingot
Désignation Abrégée
ZL
X X
Fonderie Z P
Al
X
Cu
X
Autre
Z L x
Z P x
Exemple alliage Zn Al 4 Cu 3
ZL0430
Z L 2
27
ALLIAGES DE ZINC
COMPOSITION
Al (0 à 35 %), Cu (0 à 3%), Mg, Ti, Cr (<1%)
ALUMINIUM
- Eutectique : 380 C ‒ 5%
- Améliore la coulabilité
- Améliore la résistance
mécanique (solution solide)
- Réduit la dissolution du fer
(moule) par le zinc
ALLIAGES DE FONDERIE SOUS PRESSION
28
ALLIAGES DE ZINC
COMPOSITION
Al (0 à 35 %), Cu (0 à 3%), Mg, Ti, Cr (<1%)
CUIVRE
Améliore la résistance mécanique et la dureté
Kayem 1 et Kayem 2 (2 % Mg)
Coulabilité et bonnes dureté et résistance à l’usure
Alliages convenant à la fabrication de moules pour injection de
thermoplastiques et outils de découpe et d’emboutissage
MAGNESIUM
Améliore la résistance mécanique et la dureté
Teneur limitée à 0,06% sauf Kayem 2 (2%)
TITANE
Améliore la résistance au fluage jusqu’à 120 °C
Cas du fer
Ilzro 14
Peut être dissous par zn si la température de coulée est élevée
À éviter car formation de FeAl3 dur mais fragile
29
ALLIAGES DE ZINC
COMPOSITION
Alliage
PROPRIÉTÉS
Al
Cu
Mg
Ti
Cr
ΔT de
solidification
Masse
Volum
-ique
Rm
MPa
AR
%
Dureté
HV
ZP0400
Zamak 3
4
/
< 0,06
/
/
387-381
6,7
280
5
82
ZP0410
Zamak 5
4
1
< 0,06
/
/
387-381
6,7
340
4
90
ZP0430
Kayem 1
4
3
< 0,06
/
/
390-378
6,7
230
1
105
ZP0432
Kayem 2
4
3
2
/
/
358-353
6,7
190
0,5
145
ZP0810
ZP 8
8
1
0,03
/
/
404-375
6,3
370
8
100
ZP1110
ZP 12
11
1
0,03
/
/
432-377
6
400
6
100
ZP2720
ZP 27
27
2
0,02
/
/
484-375
5
420
3
120
ILzro 14
0,03
1,5
0,1
0,14
418-416
7,1
230
5
79
ZP16
0,03
1,5
0,2
0,2
418-416
7,1
240
5
76
ZP0010
30
0,2
ALLIAGES DE ZINC
APPLICATIONS
AUTOMOBILE
35 %
air bag, antennes, avertisseurs, ceinture de sécurité,
climatisation, compteurs, éclairage, ..
BATIMENT
25 %
Articles pour meubles, Chevilles, Béquilles,
Menuiserie métallique, Poignées, Ventilation, ..
ÉLECTRICIÉ
ÉLECTRONIQUE
20 %
alarme, éclairage, électrovalve, moteurs
HABILLEMENT
Luxe
7%
boucles (ceinture, chaussures), bagages
31
Corps
de
robine
t de
frein
Quincailleri
e bâtiment
Boîtier
téléphone
CUIVRE ET ALLIAGES DE CUIVRE
POINTS FORTS
DUCTILITÉ
Bonne ductilité (Maille CFC) : 45 % à l état recuit
Aptitude au travail à froid
CAPACITÉ SOLVANTE
Alliages monophasés + héritage des propriétés du cuivre
CONDUCTIVITÉ ÉLECTRIQUE
Propriétés essentielles : 50 % des applications
- électriques : Fils - câbles - ressorts - conducteurs - connecteurs
- Thermiques : Échangeurs thermiques - radiateurs - moules de coulée
ET THERMIQUE
Cu pur a1 : C =100 % IACS (abaissée par éléments en solution solide)
ÉLASTICITÉ ‒ CONDUCTIVITÉ
Association module (110 à 140 GPa) - conductivité électrique et
résistance à la corrosion :
applications électromécaniques (ressorts conducteurs -lames)
RÉSISTANCE MÉCANIQUE
Rare métal utilisé pur (transport des fluides)
CORROSION SÈCHE
Très bonne résistance grâce au film d oxydes protecteur
32
CUIVRE ET ALLIAGES
POINTS FAIBLES
DENSITÉ
Masse volumique : 8,93 g /cm3
RÉSISTANCE MÉCANIQUE
Mauvaise Usinabilité : Indice 20 Améliorée avec Zn-Pb (indice 100)
DUCTILITÉ
Résistance moyenne Rm = 230 MPa à l état recuit
SENSIBILITÉ À LA CORROSION
Corrosion : Érosion ‒ cavitation et piqûres
EN MILIEU HUMIDE AGRESSIF
Médiocres
PROPRIÉTÉS DE FONDERIE
Température de fusion élevée
Retrait
Tendance à la crique
Gazage (soufflures et inclusions Cu2O)
(Nécessité de dégazer par Ar, N)
Améliorées par alliage (Bronzes et cupro-aluminium)
33
CUIVRE
ET ALLIAGES
LAMINÉS (8)
BARRES ET
PROFILÉS (3,5)
FILS ET CABLES (56)
Automobile
Bâtiment
Moteurs
Téléphone
Applications diverses
PIÈCES
MOULÉES
(3,5)
BARRES EN LAITON (12)
Robinetterie, sanitaire
Automobile
Divers
TUBES EN CUIVRE (15)
Robinetterie, sanitaire
Automobile, Divers
APPLICATIONS
CONFRONTÉES
À LA CORROSION
34
CUIVRE ET ALLIAGES
PRINCIPALES UTILISATIONS DES ALLIAGES
35
AMÉLIORER
Cu à oxydules
Cu désoxydé
Cu exempt d oxygène
LES
PROPRIÉTÉS
Résistance mécanique
améliorée par
écrouissage
DU
CUIVRE
CUIVRE NON ALLIÉ
CUIVRES INDUSTRIELS
Résistance mécanique et autres
propriétés améliorées par alliage
RÉSISTANCE MÉCANIQUE ‒ CONDUCTIVITÉ ‒ USINABILITÉ
CUIVRES ALLIÉS
ÉCROUISSAGE
DURCISSEMENT STRUCTURAL
DISPERSION
Cd, Ag
Cr, Zr, Be, Co
Pb, Te
RÉSISTANCE MÉCANIQUE, RESISTANCE À LA CORROSION
ALLIAGES DE CUIVRE
SOLUTION SOLIDE
ÉCROUISSAGE
PRÉCIPITÉS
36
Laitons
Bronzes
Cupro aluminiums
Cupronickels
Maillechorts
Zn
Sn
Al
Ni
Ni-Zn
LES LAITONS
LAITONS MONOPHASÉS (5 À 35 % Zn)
Alliage type : Cu Zn33
Ductiles et malléables : Grande aptitude à la
déformation plastique : Emboutissage, matriçage,..
Durcissement par écrouissage
Bel aspect
Aptitude au brasage
Réduction du coût matière
LAITONS BIPHASÉS (35 À 45 % Zn)
Phase β durcissante mais fragile
LAITONS
Alliage type : Cu Zn40
α
Aptitude à la fonderie :
Faible intervalle de solidification
Bonne coulabilité
Peu de porosité ‒ Pièces étanches
Applications en robinetterie sanitaire
(eau, gaz, groupes de sécurité,..)
LAITONS
LAITONS Haute Résistance
α + β
Addition d Al : hélices marines, engrenages…
37
LES LAITONS
CORROSION DES LAITONS
Remèdes
DÉZINCIFICATION
Additions
Sn : Cu zn29 Sn1 (laiton amirauté)
As : (0,04%)
Concerne les laitons à plus de 15 % Zn
Dissolution du zinc des laitons
Zone dézincifiée poreuse et peu solide
Additions
Al : Cu Zn22 Al2
ÉROSION
CORROSION SOUS CONTRAINTE
Réduire les contraintes internes par
- Recuit à 300 °C après mise en forme des laitons
- Additions d éléments d alliage
(Cupro-nickels insensibles à la CSC)
Concerne Les laitons (Zn>20 %)
en atmosphère ammoniaquée
L ’APTITUDE À L ’USINAGE
Addition : Pb
Alliage type : Cu Zn40 Pb1
Laitons de décolletage, Horlogerie, Matriçage, filage
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LES BRONZES
DIAGRAMME DE SOLIDIFICATION
α1,3% Sn + ε
α7% Sn
Diagramme d équilibre
Diagramme de solidification naturelle
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LES BRONZES
BRONZES DE CORROYAGE
Monophasés (CFC)
Durcis par écrouissage
Bel aspect (placage)
Bonne résistance mécanique
Bonne résistance / corrosion
Plus chers que laiton
BRONZES DE FONDERIE
Sn<10%
Alliages type : CuSn4 (à 9)
Usages généraux
Robinetterie, ressorts,
construction mécanique, etc.,
10 %<Sn<16%
Phase δ dure mais fragile
Excellente coulabilité ⇨ Alliages de fonderie
Bonne résistance mécanique
Bonne résistance à l usure, frottement et à la corrosion
Tendance à la microporosité (mauvaise étanchéité)
Bronzes de
corroyage
Bronzes de fonderie
Remède : addition de Pb
Alliages types
P (1%)
Zn (4 à 5 %)
Pb (< 7%)
(> 7%)
Précipités fins de Cu3P
Abaisser coût, densité
Usinabilité
Frottement
BRONZES SPECIAUX
Cu Sn10 P
Cu Sn5 Zn4
Cu Sn5 Zn5 Pb5
Cu Sn5 Zn5 Pb10
Plomberie ; Systèmes à vapeur, pompes
Mécanique : coussinet, engrenage,
hélices de bateau
Bronzes à cloches (Sn 18 à 22%)
Bronzes d art : Cu Sn(2 à 10) Zn(2 à 9) Pb(1à10)
40
LES CUPROALUMINIUMS
Alliages de
corroyage
Alliages de
Fonderie
41
LES CUPROALUMINIUMS
- Bel aspect (couleur or) : Plus inaltérables que Cu et laiton
- Soudabilité
- Bonne résistance corrosion (alumine)
- Résistance mécanique élevée (avec additions Fe, Ni)
CUPROALUMINIUMS DE CORROYAGE
Al < 9%
Monophasés (CFC)
Ductiles (Cu Al8, Cu Al7 Fe3)
Condenseurs, échangeurs de chaleur, corps de pompe, quincaillerie marine
CUPROALUMINIUMS DE FONDERIE Al < 14%
Monophasés si Al< 9%
Polyphasés si Al> 9%
Aptitude au moulage
CuAl6 Ni2 (pièces de monnaie)
Cu Al10
Cu Al12 Fe5 Ni5 (Rm = 750MPa)
Roues de turbines, engrenages, hélice de bateau
Désaluminisation : Concerne les Cupro-aluminium à plus de 8 % Al
Remède : addition de Ni et élimination de la trempe
Alliages : Cu Al9 Ni3 Fe2 et Cu Al9 Ni5 Fe3 utilisés pour :
- les échangeurs de température des centrales thermiques et des usines de dessalement
- ensembles chaudronnés pour les applications marines et l industrie chimique.
CORROSION SÉLECTIVE
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LES CUPRONICKELS ET LES MAILLECHORTS
LES CUPRONICKELS
Cu et Ni sont CFC ; miscibles en toutes proportions
Bel aspect (couleur argent si Ni > 15%)
Additions Mn (Résistance mécanique
Très bonne résistance à la corrosion en milieu marin
COMPOSITION
Ni de 5 à 44%
USAGES
Centrales thermiques, dessalement, conduites eau de mer, plateformes offshore,
revêtements de coques de bateaux, shunts, rhéostats, fils de compensation etc.
Alliages type : Cu Ni30 Cu Ni44 Mn
LES MAILLECHORTS
Bel aspect (teinte argentée)
Aptitude aux traitements de surface
Excellente résistance à la corrosion et au ternissement
Très faible conductibilité
Coût plus élevé que laiton
COMPOSITION
Ni de 10 à 30% et Zn de 17 à 45%
USAGES
Décoration : poignées montures diverses
Électricité ; résistances électriques etc.
Orfèvrerie : couverts, médailles, briquets, pièces d optique
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les alliages de fonderie

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