Raccords en laiton: le choix de l'alliage

Le laiton est un alliage métallique qui a comme composants principaux le Cuivre (Cu) et le Zinc (Zn). A l'intérieur de la famille on peut distinguer les laitons binaires, composés seulement de cuivre et de zinc et les laitons ternaires qui ont un autre élément en alliage outre les deux principaux. Le pourcentage de zinc influence la structure du laiton que vous pouvez obtenir:

Zn < 36% -> phase α: la structure est cubique à faces centrées, comme celle du cuivre. Il en ressort une excellente maniabilité à froid et bonne à chaud.
36% < Zn < 45% -> phase α-β: la phase α maintient la structure cristalline cubique à faces centrées alors que la phase β présente une structure cubique à corps centré. Cette typologie de laitons se travaille principalement à chaud.
 Zn < 45%: cet alliage est rarement utilisé car il présente un faible intérêt pratique.

Les raccords en laiton représentent un produit très diffusé au niveau mondial et sont au centre de la production de Gnali Bocia tant en ce qui concerne les raccords pour gaz que pour les fluides incompressibles comme l'eau. L'usage du laiton pour la réalisation de ces composants est du à ses caractéristiques mécaniques (résistance, ductilité, malléabilité), à sa résistance à la corrosion, à sa résistance à l'abrasion et à une caractéristique importante du fait qu'il est antibactérien. Par rapport au cuivre pur il a de meilleures caractéristiques de dureté, résilience et fusibilité.
 

Pour la fabrication des raccords en laiton, on doit utiliser certaines techniques de travail pour l'enlèvement des copeaux, telles que le tournage et le fraisage. L'alliage cuivre-zinc se travaille bien mais la ténacité porte à la formation d'un copeau très long et cela peut devenir problématique durant le maniement ne rendant pas simple son évacuation. Afin d'améliorer cet aspect, on pourvoit à l'ajout d'une quantité de Plomb (Pb) entre 2% et 4%. Cet élément, insoluble et étranger à la structure cristalline de l'alliage, tend à se déposer au bord du grain. De cette façon le copeau devient très court et presque poussiéreux, obtenant contemporainement un double avantage:

1.Augmente la facilité d'éloignement du copeau durant le travail;
2. Moins d'usure des têtes des outils, puisque l'alliage est globalement plus tendre et facilement usiné.
Il faut faire attention à l'ajout du plomb car une quantité excessive de celui-ci détermine l'obtention d'un alliage trop tendre.

Outre l'ajout de plomb, les raccords en laiton ont besoin d'autres éléments dans l'alliage pour obtenir des propriétés fondamentales pour leur fonctionnement:

Manganèse (Mn) et étain (Sn): ils servent à augmenter la résistance à la corrosion, une caractéristique importante pour l'ensemble des raccords;
Fer (Fe): augmente la charge de rupture et par conséquent, la résistance, puisqu'il fonctionne  par le raffinage de la granularité cristalline. Il ne présente pas une amélioration de la résistance à la corrosion;
Aluminium (Al): augmente la résistance à la corrosion et à l'abrasion;
Antimoine (Sb) et Arsenic (As): ils servent à empêcher le dé-zingage, un problème courant dans le laiton;
Nickel (Ni): améliore les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion;
Silicium (Si): fonctionne comme désoxydant et favorise la formation de phase β. Les limitations sur cet élément viennent de l'effet qu'il présente sur la structure, ayant tendance à la modifier;

L'ajout d'un troisième élément aux alliages Cu-Zn peut être considéré équivalent, aux effets d'une éventuelle modification structurelle, à l'ajout (ou soustraction de zinc) en quantité proportionnelle à celle de l'élément lui-même. La constante de proportionnalité est dite coefficient d'équivalence et varie d'un élément à l'autre. De tels coefficients sont également dits de Guillet, nom de l'ingénieur qui les a conçu. Les coefficients d'équivalence pour les éléments cités ci-dessus sont:

Manganèse (Mn) => 0,5;
Fer (Fe) => 0,9;
Étain (Sn) => 2;
Aluminium (Al) => 6;
Silicium (Si) => 10;
Plomb (Pb) => 0;
Nickel (Ni) => de -1,1 à -1,7.

Le silicium est ajouté en petite quantité (maximum 1-2%) car il présente un coefficient d'équivalence élevé et détermine par conséquent un changement excessif de la structure. En effet un ajout de 2%, étant le coefficient égal à 10, équivaut à une augmentation de 20% de zinc dans l'alliage. Le nickel présente un coefficient négatif: l'ajouter équivaut à se diriger vers une plus grande teneur en cuivre. Le plomb présente un coefficient nul car il se dispose au bord du grain et n'entre pas dans le réseau.

Comme il a été dit auparavant, le laiton est un excellent alliage pour la fabrication des éléments concernant les raccords et principalement pour ses propriétés de résistances tant sur le plan de la tribologie que mécanique, en plus d'une excellente usinabilité sur les machines-outils. Parmi les alliages les plus utilisés il y a le CW614N et le CW617N, tous les deux ont un contenu moyen de cuivre de 58%.

Dans le cas ou il y a un procédé de tournage pour la réalisation des raccords en laiton, on utilise l'alliage CW614N. Ce choix provient de la forme de fourniture de cet alliage qui, généralement, est en barre pleine ou perforée. Vice versa, en partant d'une pièce brute, on a tendance à utiliser l'alliage CW617N qui est mieux façonnable puisque le pourcentage de plomb est légèrement supérieur par rapport à l'alliage précédent.

Outre le choix correct de l'alliage en laiton avec les éléments désirés, le choix d'un traitement superficiel pour recouvrir le raccord apparaît également fondamental. Le nickelage, excellent substitut du chromage (technique interdite dans de nombreux pays étant donné les applications alimentaires de certains raccords), représente une excellente méthode. Avec cette technique on va déposer une couche superficielle qui permet de protéger le composant de l'usure et également de la corrosion rendant possible d'affronter des environnements humides.

 

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