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métallographiques

Nomenclature

Les désignations d’alliages de cuivre de corroyage de 31000 à 38600 sont des laitons dont les principaux éléments d’alliages sont le zinc, le plomb et parfois le nickel (ex. : C31600). Selon la désignation UNS (unified numbering system), le C31400 fait partie de la catégorie des laitons de décolletage rouges au zinc/plomb. Le nom commercial de ce laiton rouge est leaded hardware bronze ou leaded commercial bronze, ce qui peut causer une certaine confusion, puisque la traduction du mot « laiton » en anglais est brass et non bronze. Les désignations équivalentes sont C314, CuZn9Pb2 (ISO) et CDA314 (AISI).

Méthode d’élaboration

La barre de 0,625 pouce de diamètre est obtenue à partir de l’extrusion à chaud d’une billette. Un travail à froid de la barre procure ensuite un durcissement par écrouissage. Aucun traitement thermique n’a été appliqué.

État métallurgique

L’état métallurgique « H02 » correspond à un état « demi-dur » avec un taux d’écrouissage de 25 %. L’alliage C31400, qui est sous forme de barres, de tiges ou dans sa forme finale, doit répondre à la norme ASTM B140/B140M-01. Cette norme s’applique aux éléments de fixation pour les machines (alliages C31400, C31600 et C32000).

Pour les valves, l’alliage C31400 doit répondre à la norme militaire MIL-V-18436.

Remarques sur la composition chimique

Cet alliage de cuivre a une teneur nominale de 89 % de cuivre, de 9,25 % de zinc et de 1,75 % de plomb. Le nickel, un élément qui n’est pas désirable, peut être toléré si sa teneur n’excède pas la limite de 0,7 %. Cette composition le classe dans les laitons rouges au plomb (lead red brass), dont les désignations UNS s’étendent de C31200 à C38500. Cette teneur en zinc lui confère une résistance à la fissuration supérieure. En effet, à cette teneur, le zinc se trouve en solution solide dans le cuivre et ne produit pas de phase β’ (bêta-prime).

Une teneur en plomb de 1,75 % est considérée comme étant « dans la médiane ». Il est ajouté à ce laiton rouge pour améliorer son usinabilité. Puisqu’il est pratiquement insoluble dans les laitons, il se trouve finalement finement dispersé dans la matrice sous forme de petits globules. Il agit comme un brise-copeaux microscopique et comme un lubrifiant pour les outils de coupe, diminuant le coefficient de frottement entre la pièce et les outils.

Remarques sur la microstructure

Sans attaque chimique, seuls des précipités noirâtres constitués de plomb se distinguent. Sous attaque au perchlorure de fer, l’alliage C31400 est composé de gros grains (> 500 μm) de phase α riche en cuivre. Des bandes de déformations et des macles sont visibles sur la surface des grains. Les précipités de plomb apparaissent également en noir dans toute la matrice.

La mosaïque à 50X permet d’observer, sur toute la section de pièce, la variation de la taille des grains du bord au centre de l’échantillon. L’attaque chimique au Klemm II (LP + FT350) fait ressortir davantage les macles de recuit et les bandes de déformation par différences de coloration (voir l’onglet Constituants).

Remarques sur les propriétés mécaniques

Les propriétés mécaniques des laitons augmentent lorsque la teneur en zinc croît. Ainsi, avec 9,25 % de zinc, l’alliage C31400 possède une teneur basse en zinc et, par conséquent, les propriétés mécaniques de ce type de laiton « rouge » se situent en bas de la moyenne par rapport à l’ensemble des laitons. À titre comparatif, l’alliage C31400 à l’état H02 possède une résistance à la traction minimale de 310 MPa, une limite élastique Re_0,5 de 185 MPa et un allongement à la rupture minimal de 10 %. Un laiton de marine à l’étain C46400 à 38 % de zinc à l’état H02 possède une résistance à la traction minimale de 415 MPa, une limite élastique Re_0,5 de 185 MPa et un allongement à la rupture minimal de 25 %.

À la température ambiante, le C31400 est composé d’une seule phase alpha, qui est de structure cubique à faces centrées, ce qui rend cet alliage malléable à froid. Le travail à chaud de cet alliage est toutefois à éviter.

Préparation métallographique

1. Meulage : 2x (500 grains, 1 min.), 2x (800 grains, 1 min.), 2x (1200 grains, 2 min.);
2. Polissage avec particules diamantées MD-MOL 3 µm (6 min.), MD-NAP 1 µm (8 min.), MD-CHEM avec solution de OP-S NON-Dry.

Applications possibles

Les laitons au plomb sont utilisés pour leur usinabilité supérieure et leur bonne résistance à la corrosion atmosphérique. Par exemple, l’indice d’usinabilité du C31400 est de 80 % par rapport à l’alliage de référence C36000 (laiton de décolletage avec un indice de 100 %). Comparativement au AISI B1112, qui est la référence pour les aciers et alliages ferreux, le C31400 possède un indice d’usinabilité de 240 %.

Les laitons au plomb sont utilisés pour fabriquer des éléments de visserie et de quincaillerie. Ces pièces sont critiques, puisqu’elles doivent assurer l’étanchéité à la pression. La conductivité électrique de 42 % IACS et la conductivité thermique de 180 W/m. K rendent cet alliage compatible avec plusieurs applications nécessitant une circulation du courant ou encore un échange de chaleur.

Applications typiques : quincaillerie architecturale, poignées de porte, vis, boulons, vannes, raccords, roulements, fixations spéciales pour le décapage à l’acide, connecteurs pour fils et câbles, connecteurs pour fiches électriques.

Provenance/Fabrication

La barre de 0,625 pouce de diamètre est produite par Concast Metal Products Company, Michigan, États-Unis.

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