Principales propriétés du laiton à connaître avant de l'usiner

Le laiton est un matériau d'alliage populaire dans la production quotidienne car il possède de meilleures propriétés mécaniques, une meilleure résistance à la corrosion et une meilleure aptitude à la mise en forme. Le laiton, composé principalement de cuivre et de zinc, peut être modifié en changeant sa composition pour obtenir diverses propriétés physiques et chimiques. Dans cet article, nous donnerons un aperçu complet des propriétés les plus importantes du laiton, telles que la résistance mécanique, la conductivité électrique et thermique et la résistance à la corrosion, afin que vous puissiez étudier cet important matériau d'ingénierie.

Qu'est-ce que le laiton ?

Le laiton est l'un des alliages métalliques les plus utilisés dans l'industrie manufacturière. Composé essentiellement de cuivre et de zinc, ce métal est apprécié des designers pour sa facilité d'usinage, sa solide résistance à la corrosion et son aspect net et poli. Le laiton est obtenu par la fusion minutieuse du cuivre et du zinc dans un mélange adéquat, généralement 55-95% de cuivre et 5-45% de zinc, en fonction des propriétés recherchées. Le processus de fabrication du laiton commence par la fusion du cuivre dans un four à environ 1 050 °C jusqu'à ce qu'il soit fondu, puis par l'ajout du zinc, dont le point de fusion est beaucoup plus bas, à environ 420 °C. Les deux sont bien mélangés pour obtenir un mélange homogène de cuivre et de zinc. Les deux sont bien mélangés pour obtenir un mélange homogène, parfois avec une pincée de plomb ou d'étain pour ajouter des qualités telles que l'usinabilité ou la dureté. Une fois le mélange terminé, nous le coulons en lingots ou en billettes à l'aide de moules, nous le laissons refroidir et nous le préparons pour le laminage, l'extrusion ou l'usinage.

Couleur du laiton

L'aspect jaune vif ou doré du laiton est à la fois esthétique et pratique.

Cette couleur est également déterminée par le rapport précis entre le cuivre et le zinc dans l'alliage, la teneur élevée en cuivre donnant une couleur rougeâtre au laiton, et la teneur élevée en zinc une couleur plus pâle, plus jaune argenté. Au cours de la fabrication, des procédés tels que le moulage, l'extrusion ou l'usinage exposent de nouvelles surfaces de l'alliage et mettent en évidence son éclat métallique intrinsèque. Un traitement de surface ultérieur, tel que le polissage ou le lustrage, l'éclaircit et assombrit sa couleur dorée.

Grades de laiton couramment utilisés pour l'usinage

Il existe plusieurs qualités de laiton utilisées dans l'usinage, les plus courantes étant C26000, C27400, C28000 et C36000, chacune ayant une composition et des propriétés différentes et étant bien adaptée à des applications d'usinage spécifiques.

Laiton C26000

Le C26000, ou laiton pour cartouches, contient environ 70% de cuivre et 30% de zinc et offre un excellent mélange de ductilité, de résistance à la corrosion et de solidité, en particulier dans les environnements humides. Sa formabilité le rend apte au travail à froid et à l'usinage de produits tels que les douilles de munitions, les noyaux de radiateurs automobiles et les garnitures de quincaillerie, bien que son usinabilité ne soit que moyenne comparée à celle du laiton au plomb.

Laiton C27400

Le C27400, ou laiton jaune, contient environ 63% de cuivre et 37% de zinc, avec une excellente usinabilité et une économie due à l'augmentation du pourcentage de zinc, ce qui réduit le coût du matériau. Il convient aux raccords de plomberie, aux tubes et à la quincaillerie bon marché pour lesquels une solidité modérée et une résistance satisfaisante à la corrosion sont souhaitées.

Laiton C28000

Le C28000, également appelé métal Muntz, contient environ 60% de cuivre et 40% de zinc. Il offre une plus grande solidité et une meilleure résistance à la corrosion dans des conditions marines. Il présente une bonne usinabilité et est utilisé dans les panneaux architecturaux, la quincaillerie marine et les composants structurels nécessitant de la robustesse.

Laiton C36000

Le C36000 ou laiton de décolletage contient 61,5% de cuivre, 35,5% de zinc et 2-3% de plomb, ce qui améliore considérablement son usinabilité, raison pour laquelle il est utilisé dans l'usinage à grande vitesse. La présence de plomb nécessite une manipulation spéciale pour respecter les normes réglementaires. Le choix de la nuance à usiner sur CNC est un compromis entre la solidité, l'usinabilité, la résistance à la corrosion et les exigences spécifiques à l'application pour une performance et une économie optimales.

Équivalents mondiaux des alliages de laiton

Le tableau suivant indique les équivalences pour les qualités de laiton les plus courantes :

US-UNS	CN-GB	UK-BSI	DE-ISO	JP- JIS
C26000	H68	CZ106	CuZn30	C2600
C27400	H62	CZ109	CuZn40	C2720
C28000	H59	CZ109	CuZn40	C2800
C36000	HPb62-3	CZ124	CuZn36Pb3	C3601

Propriétés mécaniques des alliages de laiton

Les nuances standard C26000, C27400, C28000 et C36000 ont chacune une composition et des propriétés qui les rendent adaptées à des applications d'usinage spécifiques. Voici un examen approfondi de leurs propriétés mécaniques.

Résistance à la traction : 338 à 469 MPa

Les alliages de laiton typiques ont une résistance à la traction comprise entre 338 et 469 MPa, qui varie en fonction de l'état (par exemple, recuit ou mi-dur) et de la composition de l'alliage. Cela suggère que ces alliages résisteront à des forces de traction ou d'étirement significatives avant de se rompre. Dans les applications d'usinage où les composants sont exposés à des forces de traction intermittentes ou répétées, comme dans l'automobile ou les composants structurels, leur résistance à la traction garantit que les composants ne se briseront pas sous l'effet de la tension.

Limite d'élasticité : 120 à 350 MPa

La limite d'élasticité des alliages de laiton standard varie de 120 à 350 MPa, en fonction de la trempe et de la composition de l'alliage. Il s'agit d'une mesure de la contrainte à laquelle le matériau commence à se déformer plastiquement, ce qui est essentiel pour les opérations d'usinage telles que le formage ou le cintrage. Dans le cas de composants tels que les tubes de radiateur, les attaches ou les raccords marins, où la conservation de la forme sous charge est de la plus haute importance, cette limite d'élasticité garantit que les pièces supportent la déformation, de sorte que les machinistes sont assurés d'atteindre des tolérances exigeantes et l'intégrité structurelle.

Module d'élasticité : 110 GPa

Le module d'élasticité des alliages de laiton standard est de 110 GPa, soit leur rigidité élastique. Il mesure le degré de résistance du matériau à la déformation sous l'effet de la force d'usinage, et convient donc parfaitement à l'usinage de pièces complexes telles que les connecteurs ou les tiges de vannes. Pour les applications de stabilité dimensionnelle, telles que l'usinage de précision de composants électriques ou de plomberie, le module garantit un retour élastique minimal, ce qui permet de maintenir des tolérances étroites lors de l'usinage.

Rapport de Poisson : 0,31

Les alliages de laiton typiques ont un coefficient de Poisson d'environ 0,31, ce qui illustre le rapport entre la déformation transversale et la déformation axiale du matériau. Ce rapport de décalage permet une déformation prévisible lors de l'usinage, et les alliages peuvent donc être utilisés pour façonner des formes complexes telles que de la quincaillerie décorative ou des raccords de précision. Lorsque la précision des dimensions est une préoccupation, comme dans le cas d'emboutissages complexes ou d'usinage à grande vitesse, ce rapport de Poisson garantit que le matériau se déforme de manière uniforme, en évitant tous les types de distorsions inattendues.

Élongation : 10% à 55%

L'allongement des alliages de laiton standard varie entre 10% et 55%, en fonction de l'état et de la teneur, ce qui détermine la ductilité. La capacité du matériau à s'étirer sans se rompre est très utile pour le formage à froid ou l'usinage de composants complexes tels que les tubes ou les raccords. Lorsque des niveaux extrêmes de formage sont requis, tels que les noyaux de radiateurs ou les pièces de plomberie, un allongement élevé permet d'obtenir des pièces qui ne se fissureront pas lors du formage, ce qui confère aux machinistes souplesse et fiabilité dans la fabrication.

Dureté : 55 à 93 HRB

La dureté standard des alliages de laiton courants est comprise entre 55 et 93 HB (Rockwell B), ce qui reflète leur résistance aux outils de coupe. Cette plage permet un usinage facile sans sacrifier la durabilité dans la quincaillerie décorative, les composants structurels ou les engrenages de précision. Dans les applications où l'état de surface et la durée de vie de l'outil sont critiques, comme l'usinage à grande vitesse, cette dureté permet aux outils de produire des coupes nettes grâce à une usure contrôlée, avec une garantie de cohérence et d'efficacité des résultats de l'usinage.

Le tableau suivant présente les principales propriétés des alliages de laiton courants en Usinage CNC.

Notes	C26000	C27400	C28000	C36000
Résistance à la traction	345 MPa	385 MPa	420 MPa	320 MPa
Limite d'élasticité	205 MPa	160 MPa	240 MPa	120 MPa
Élongation	25%	50%	33%	15%
Module d'élasticité	110 GPa	110 GPa	100 GPa	100 GPa
Rapport de Poisson	0.31	0.31	0.31	0.31
Conductivité thermique	120 W/(m-K)	120 W/(m-K)	120 W/(m-K)	120 W/(m-K)
Conductivité électrique	28% IACS	28 % IACS	28 % IACS	28 % IACS
Dureté	70 HRB	80 HRB	74 HRB	65 HRB
Densité	8,58 gm/cm³	8,44 g/cm3	8,0 g/cm3	8,2 g/cm3

Le laiton se corrode-t-il ?

Oui, même si le laiton présente une excellente résistance à la corrosion, il se corrode dans certains environnements. Le laiton se corrode très lentement dans l'air et pratiquement pas dans l'eau douce propre, avec un taux typique de 0,0025 à 0,025 mm par an. Dans l'eau de mer, ce taux est légèrement plus élevé, de 0,0075 à 0,1 mm par an. Les fluorures présents dans l'eau ont un effet négligeable sur le laiton, mais les chlorures entraînent une grave corrosion et les iodures des dommages importants. Le laiton est très sensible à la corrosion dans l'eau contenant des gaz tels que l'oxygène (O₂), le dioxyde de carbone (CO₂), le sulfure d'hydrogène (H₂S), le dioxyde de soufre (SO₂) et l'ammoniac (NH₃). Le laiton est également sensible à la corrosion simple dans l'eau minérale, en particulier lorsqu'elle contient du sulfate de fer (Fe₂(SO₄)₃). Le laiton est fortement corrodé par l'acide nitrique et l'acide chlorhydrique, mais se corrode lentement dans l'acide sulfurique. Le laiton résiste étonnamment bien à la corrosion dans les solutions d'hydroxyde de sodium (NaOH).

Applications en laiton

Les propriétés uniques du laiton permettent de l'utiliser dans un grand nombre d'industries.

Industrie de la construction : Le laiton est largement utilisé dans l'industrie de la construction pour les radiateurs, les robinets, les raccords de tuyauterie, les attaches et les composants de quincaillerie. Sa grande résistance à la corrosion et ses propriétés mécaniques en font un matériau incontournable pour les conduites d'eau et les systèmes de plomberie, offrant longévité et fiabilité dans des conditions humides.

Industrie électronique : La conductivité électrique élevée du laiton en fait un excellent matériau pour les appareils électroniques, les terminaux, les connecteurs et autres appareils électriques. Sa grande résistance mécanique en fait également un bon choix pour les connecteurs électroniques, dont il assure la fonctionnalité et la longévité.

Instruments de musique : Le laiton est largement utilisé dans la production d'instruments de musique tels que les trompettes et les tubas en raison de sa finition agréable et de ses caractéristiques acoustiques. En tant que matériau horloger, son usinabilité et son aspect en font un élément très apprécié pour la réalisation de pièces esthétiques et complexes qui mettent en valeur la forme et la fonction.

Secteur automobile et mécanique : Le laiton est utilisé pour fabriquer des composants mécaniques de précision tels que des roulements, des engrenages et des ressorts, ainsi que certaines pièces automobiles. Son usinabilité permet de fabriquer des pièces de haute précision qui résistent aux contraintes mécaniques dans des applications sévères.

Aérospatiale et défense : Le laiton est utilisé pour fabriquer des pièces de précision destinées aux machines aérospatiales et à certaines applications de l'industrie de la défense. Sa résistance à la corrosion et ses caractéristiques mécaniques garantissent des performances dans les applications où la durabilité et la précision sont les plus importantes.

Industrie de l'énergie : Le laiton est largement utilisé dans la production d'énergie, en particulier dans les condenseurs des centrales thermiques et les réchauffeurs solaires, ainsi que dans les équipements des usines pétrochimiques tels que les cuves, les pipelines et les échangeurs de chaleur. Son excellente conductivité thermique et sa résistance aux environnements difficiles font du laiton un choix fiable pour les applications énergétiques.

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