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métallographiques

Nomenclature

Les désignations d’alliages de cuivre de corroyage de C40400 jusqu’à C49080 sont des laitons jaunes, dont les principaux éléments d’alliages sont le zinc, l’étain et parfois le plomb (ex. : C48500). Selon la désignation UNS (unified numbering system), le C46400 fait partie de la catégorie des laitons jaunes à l’étain pour usage marin. Le nom commercial de ce laiton jaune est naval brass ou uninhibited naval brass. Les désignations équivalentes sont C464, CDA464 (AISI), CuZn39Sn1(ISO), CuZn38Sn1(ISO), CZ112 (BS) et CW712R (EN).

Méthode d’élaboration

La barre de 0,625 pouce de diamètre est obtenue à partir d’une 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 C46400, qui est sous forme de barres, de tiges ou dans sa forme finale, doit répondre à la norme ASTM B21/B21M-01 pour la composition chimique et les propriétés mécaniques. D’autres normes sont applicables selon le produit en alliage C46400 :

• La norme ASTM B124/B124M s’applique pour les produits forgés sous forme de barres et de tiges;
• La norme ASTM B171/B171M s’applique pour la fabrication de « tubes de condenseur »;
• La norme ASTM F467 s’applique pour les écrous d’usages généraux;
• Pour les applications sous forme de fils, l’alliage C46400 doit répondre à la norme militaire MIL-W-6712.

Remarques sur la composition chimique

Cet alliage de cuivre a une teneur nominale de 60 % de cuivre, de 39,25 % de zinc et de 0,75 % d’étain. La teneur en plomb est limitée à 0,2 %, et celle en fer, à 0,1 %. Cette composition le classe dans les laitons jaunes à l’étain (tin brass) pour applications marines. Il fait partie de la catégorie des laitons biphasés, car il possède plus de 33 % en zinc. En effet, à cette teneur, une partie du zinc forme une phase β’ (bêta-prime).

Cet alliage est une variante du Metal Muntz C28000 (60Cu-40Zn), auquel l’étain a été ajouté pour améliorer la résistance à la corrosion par dézincification. La dézincification est une perte de zinc par lixiviation en solution aqueuse, sans modification aux dimensions de la pièce. Ainsi, la perte en zinc laisse place à une microstructure composée de cuivre poreux possédant des propriétés mécaniques diminuées.

La dézincification peut être évitée en choisissant des alliages de cuivre contenant moins de 15 % en zinc ou des laitons monophasés avec inhibiteurs tels l’arsenic ou l’antimoine.

Remarques sur la microstructure

Sans attaque chimique, il est possible de distinguer partiellement les phases α (blanchâtre) et β’ (jaunâtre) sans toutefois délimiter les joints de grains. Quelques précipités noirâtres sont visibles, constitués de plomb.

Sous attaque au perchlorure de fer, l’alliage C46400 est caractérisé par une structure biphasée (α et β’). La phase α est plus riche en cuivre, avec environ 63 % de cuivre, 36 % de zinc et 0,3 % d’étain. La phase β’ se compose d’environ 55 % de cuivre, de 42,9 % de zinc et de 1,9 % d’étain. Des macles de recuit sont aussi visibles ainsi que quelques précipités de plomb gris foncés, dispersés dans la matrice.

L’attaque au Klemm II (bright field) révèle des bandes de déformation à l’intérieur de certains grains a et un contraste plus important entre les phases α et β’ (brunâtres).

Selon la « méthode des interceptions » de la norme ASTM E112, la taille moyenne des grains des phases α et β’ combinées correspond à un indice « G » d’environ 9, soit un diamètre moyen de 15,9 μm.

Remarques sur les propriétés mécaniques

Les propriétés mécaniques des laitons augmentent lorsque la teneur en zinc croît. Ainsi, avec 39,1 % de zinc, l’alliage C46400 est considéré comme possédant une teneur élevée en zinc.

Comparativement à l’ensemble des laitons, les propriétés mécaniques de ce type de laiton «  jaune » à l’état H02 se situent dans la moyenne. À titre comparatif, ce laiton à l’étain C46400 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 %, alors que 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 %.

À la température ambiante, l’alliage C46400 est biphasé, composé de deux phases α et β’. L’alliage demeure malléable à froid et est indiqué pour le travail à chaud au-delà de 455 °C (forgeage).

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.

Fiches d’alliages associés

• Cu-09 C48500 H02 Laiton jaune de marine au plomb

Applications possibles

Les laitons jaunes de marine à l’étain sont utilisés lorsqu’un ensemble de propriétés doivent être rencontrées pour une application. Ces alliages offrent un compromis entre résistance à la traction, à l’usure et à la fatigue. Ils sont aptes à éviter le grippage et la fissuration causés par la corrosion sous contrainte.

L’alliage C46400 possède un indice d’usinabilité de 30 % 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 C46400 possède un indice d’usinabilité de 90 %.

Les alliages au cuivre dit « amirauté » (C44300, C44400 et C44500) et les alliages au cuivre « de marine » (C46400, C46500 et C46600) sont utilisés pour les pièces d’équipements mécaniques devant résister à la corrosion sous contrainte en milieu marin.

Les laitons jaunes de marine à l’étain sont surtout utilisés pour fabriquer des éléments de visserie, de quincaillerie et de plomberie. La conductivité électrique de 26 % IACS et la conductivité thermique à 116 W/m.K rendent cet alliage compatible avec certaines applications nécessitant une circulation du courant ou encore un échange de chaleur.

Applications typiques : quincaillerie architecturale, poignées de porte, rivets, vis, boulons, robinetterie, baguettes de soudage, plaques de condensateurs, utilisations structurelles, tiges de soupapes, billes, tubes d’échangeurs thermiques, barils à tendeur à lanterne d’avion, roulements, mâchoires, fabrication de balles de golf, récipients sous pression, roulements, bagues, casques de moyeu, canons, plaques d’usure, équipements maritimes de bord de précision, arbres porte-hélice, quincaillerie maritime, accessoires de décoration, tendeurs à lanterne.

Provenance/Fabrication

La barre de 0,625 pouce de diamètre est produite par Daechang Co. Ltd, Corée du Sud.

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