RUPTURE
Kilog.
AUonuiiT a/o
STRICTION
Ces résultats sont résumés dans les courbes ci-jointes (fiff. 169). On voit que la variation est régulière; quand on part du cuivre rouge, la charge de rupture augmente d'une manière continue, lentement d'abord, puis plus rapidement quand la teneur en zinc atteint 35 0/0, passe par un maximum pour une teneur en zinc voisine de 44 0/0 et décroît ensuite rapidement. L'allongement croît également avec la teneur en zinc, passe par un maximum quand la teneur en zinc est de 30 0/0 et décroît ensuite rapidement.
Les essais de compression ont conduit aux mêmes résultats que les essais de traction pour ce qui est relatif à l'influence de la température de recuit.
Les essais faits sur les alliages complètement recuits ont prouvé que la résistance à la compression varierait en sens inverse de rallongement à la traction.
Les essais à la pénétration pratiqués dans les mêmes conditions ont montré que la résistance à la pénétration varie en fonction de la teneur en zinc; elle augmente lentement d'abord, puis rapidement lorsque la proportion de zinc dépasse 30 0/0. On n'observe pas de maximum jusqu'à l'alliage à 50 0/0 de
zinc; pour des alliages plus riches en zinc, les expériences ne sont plus possibles, les métaux étant trop brisants.
Enfin les essais au choc ont montré, du moins avec le procédé utilisé, que la fragilité est négligeable tant que la teneur en zinc est inférieure à 43 0/0. Elle apparaît dans l'alliage. à 45 0/0 de zinc, et ensuite elle croît très rapidement avec la
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Fio. 169. — Diagramme de Charpy.
La courbe des résistances est en pointillé; celle des allongements en traits pleins.
Sur Taxe des or on a porté la teneur en zinc.
teneur en ce métal. Les alliages qui en contiennent plus de 50 0/0 se brisent sous le plus faible choc.
En résumé, les conclusions des remarquables recherches de M. Charpy sont les suivantes :
Si Ton compare les alliages de cuivre et de zinc amenés à l'état de recuit complet, et qu'on cherche l'influence de la composition chimique sur les propriétés mécaniques, on trouve que ces propriétés varient toutes d'une façon continue avec la teneur en zinc; si l'on se borne à considérer les métaux contenant de 0 à 50 0/0 de zinc, les seuls susceptibles d'utilisation pratique, les propriétés mécaniques peuvent
se partager en quatre groupes correspondant à quatre modes de variation.
La limite élastique et la charge de rupture à la traction, la résistance à la pénétration augmentent d'une façon continue avec la teneur en zinc. La variation est beaucoup plus rapide quand la proportion de zinc varie de 30 h 45 0/0. A ce groupe de propriétés il faut joindre aussi la vitesse d'écrouissage.
L'allongement à la traction, l'allongement proportionnel et l'allongement de striction croissent avec la teneur en zinc, passent par un maximum pour l'alliage à 30 0/0 et décroissent ensuite rapidement.
La résistance à la compression, la striction décroissent quand la teneur en zinc augmentent, passent par un minimum pour l'alliage à 30 0/0 et croissent ensuite; la fragilité, qui ne devient sensible que lorsque la teneur en zinc atteint 45 0/0, \arie alors comme la striction.
Et M. Gharpy tire de ces recherches des conclusions réellement intéressantes pour l'industrie : Dans les applications pratiques, il sera bon de ne pas dépasser une proportion de 45 0/0 de zinc, à cause de l'apparition de la fragilité ; d'autre part, il n'y aura aucun intérêt à employer des alliages contenant moins de 30 0/0 de zinc, qui deviennent plus coûteux et dans lesquels on a, h la fois, moins de résistance et moins de malléabilité1. En faisant varier la proportion de zinc entre 30 et 43 0/0, on aura toute une série de métaux de nuances différentes, le plus malléable ayant jusqu'à 60 0/0 d'allongement avec une résistance à la rupture de 27 à 28 kilogrammes; le plus tenace ayant encore plus de 40 0/0 d'allongement avec une résistance de 37 h 38 kilogrammes, en ne considérant que l'état de recuit complet; avec un emploi judicieux du recuit et del'écrouissage, on pourra augmenter la résistance jusqu'à 60 kilogrammes environ pour des barres et des tôles et beaucoup plus loin pour des fils.
1. 11 y a cependant un facteur qui joue un rôle parfois important ; nous vouions parler de la coloration, qui fait préférer dans certains cas des alliages à très faibles teneurs en zinc.
UTILISATIONS
Nous ayons déjà vu que les seuls alliages industriels de cuivre et de zinc étaient ceux renfermant moins de 43 0/0 de zinc.
Nous examinerons les diverses utilisations de ces alliages; mais il est nécessaire de faire de suite remarquer que les produits industriels renferment toujours quelques quantités de produits étrangers, soit comme impuretés, soit que ces produits aient été introduits volontairement pour modifier plus ou moins légèrement les propriétés.
Dans le chapitre suivant, consacré aux laitons spéciaux, nous examinerons en détail l'influence des différents éléments sur les alliages cuivre-zinc.
Nous étudierons ces alliages suivant leurs modes d'emploi.
1° Alliages pour la fabrication des planches. — Les alliages généralement employés pour la confection des planches contiennent de 66 à 73 0/0 de cuivre et 34 à 27 0/0 de zinc. On descend parfois, comme nous le disons plus loin, à une teneur de 60 0/0 de cuivre. De même, on atteint pour la bijouterie les teneurs de 90 et même de 94 0/0 de cuivre.
Les planches de laiton, qui se vendent à l'état recuit ou écroui, sont destinées à de nombreuses fabrications dont les principales sont : les objets obtenus .par emboutissage et repoussage, tels que les douilles de cartouches, les dés, certains ornements, etc.
On sait aussi que l'on part souvent de planches pour obtenir les fils, ainsi que nous l'avons indiqué plus haut.
Les planches destinées à la confection des cartouches ont des titres différents suivant les pays; voici les principaux :
France 67 cuivre 33 zinc
Belgique 68 — 32 —
Allemagne 72 — 38 —
Angleterre id. — id. —
Autriche-Hongrie id. — id. —
Espagne id. — id. —
Suisse id. — id. —
On peut justement s'étonner de variations aussi grandes.
Il est bon d'ajouter que notre laiton 67-33 a fait l'objet d'études extrêmement suivies, dont la plus importante est assurément celle de M. le commandant Pralon.
Les plaques qui sont employées pour le doublage des navires sont faites en un alliage de composition.
Cu 60
Zn 40
Il constitue le métal Muntz sur lequel nous devons insister :
C'est en 1832 que M. Georges-Frédéric Muntz, de Birmingham, a pris son premier brevet pour le métal jaune destiné au doublage de la carène des navires. Les proportions admises étaient 60 0/0 Cu, 40 0/0 Zn; mais il était également indiqué que l'on pourrait faire varier le pourcentage de cuivre de 56 à 63 0/0, et celui de zinc de 44 à 37 0/0. D'après le brevet, le métal est fondu en lingots et laminé en feuilles, lorsqu'il est encore chaud; ensuite on découpe et on lave.
Les mêmes alliages furent appliqués par Muntz à la confection des chevilles, des boulons, utilisés dans les constructions navales, etc..
En 1848, il fit breveter un alliage renfermant du plomb :
Cu 56
Zn 40,25
Pb 3,75
On voit qu'approximativement on a substitué 4 0/0 de plomb au cuivre. Cet alliage se lamine fort bien à chaud.
Nous étudierons d'ailleurs en détail les laitons au plomb dans le chapitre suivant.
En peu de temps le métal Muntz s'est substitué au cuivre pour le doublage des navires; son prix est beaucoup moins élevé que celui du cuivre. La teneur en zinc doit être inférieure à 48 0/0, sans cela il y a fragilité, et supérieure à 320/0, sans quoi il y a trop grande usure à l'eau de mer. Nousrevien-
drons d'ailleurs en détail sur les alliages résistant à l'eau de mer dans le chapitre suivant. Disons cependant de suite que cet alliage a été tout spécialement étudié par M. Bobierre, professeur à l'École de Sciences de Nantes, qui a montré tous les inconvénients du bronze et tous les avantages du métal Muntz. À l'heure actuelle, d'ailleurs, on ne fait presque plus de doublage de navire.
En dehors de ces alliages, il en est d'autres qui ne sont utilisés que pour des usages très particuliers, notamment pour la fausse bijouterie, la préparation d ornements ou objets pour ameublements. Nous les passerons rapidement en revue.
Il faut citer tout d'abord les alliages désignés autrefois sous le nom de tombac, métal du Prince, or de Mannheim ou similor.
Indifféremment, sous cesdiversnoms, on englobaitdes alliages renfermant plus de 80 0/0 de cuivre, mais de compositions très différentes ; voici les principaux types :
1° Cu 99,15
Zn 0,85
ou :
. Cu 97,80
Zn 2,20
employé surtout pour la fabrication des boutons ;
2° Cu 92,0
Zn. 8,0
vendu sous le nom de tombac de Paris ;
Zn 10
4° Cu 85,5
Zn 14,5
5» Cu 82,75
Zn 16,40
Sn 0,55
Fe 0,30
Ces trois derniers alliages, qui possèdent une couleur or très belle, sont le plus souvent vendus sous le nom d'oréides. Ils peuvent acquérir un magnifique poli et sont utilisés pour orne* ments.
6° Cu 80,0
Zn 20,0
connu actuellement sous le nom de tombac français.
Tous ces alliages sont employés pour la confection de bijouterie bon marché, d'objets de Paris, etc.
7° Cu 83
Zn 17
Ce métal est surtout employé pour la dorure ; il se lamine en feuilles très minces.
Disons enfin que le clinquant ordinaire est généralement obtenu en partant de l'alliage :
Les planches en
Cu 67
Zn 33
sont dites de premier titre.
Les planches en
Cu 65
Zn 35
sont dites en titre mixte.
2° Alliages pour pièces obtenues par décolletage. — Le laiton de décolletage ordinaire est du type :
Cu : 58 à 60
Zn 42 à 40
Il peut donc être préparé par laminage à froid ou à chaud.
Ce laiton n'est jamais pur, il est généralement fabriqué en partant des déchets de fabrication (tournures, déchets d'emboutissage, etc.); de plus, on y met intentionnellement du plomb depuis 1 ,5 jusqu'à 3 0/0. Ce métal, dont nous étudierons en détail l'influence dans le chapitre suivant, a pour but de rendre plus faciles et le laminage et le décolletage. Le métal, en effet, ne forme plus de copeaux et, suivant l'expression d'atelier, il ne bourre pas l'outil.
Il est, d'ailleurs, très difficile de se rendre compte bien exactement de ces différences, qui dépendent essentiellement du mode de travail usité ; en effet, on sera peut-être fort étonné d'apprendre que cette partie de l'usinage que l'on nomme le décolletage se fait encore par les procédés les plus barbares. Il faut donner comme exceptions quelques industriels qui, comme outillage et méthode de travail, se sont absolument modernisés; mais il est encore au centre de Paris de ces décolleteurs qui utilisent des méthodes antiques, telle que le travail à sec, c'est-à-dire sans que l'outil de décolletage soit arrosé.
Souvent le laiton de décolletage doit jouir de qualités spéciales. On demandera soit des propriétés mécaniques définies, soit des colorations spéciales, soit la soudabilité, etc.
Il faut alors des types bien définis; les plus employés sont :
1° Le type :
Cu 60 0/0
Zn 40 0/0
auquel on demande souvent :
2° Le type :
Ctt 62 0/0
Zn 38 0/0
Cet alliage est vendu généralement sous le nom de laiton titre mixte.
On peut lui demander :
3° Le type :
Cu 67 0/0
Zn 33 0/0
connu sous le nom de laiton premier titre. Il est cependant moins employé que les précédents En général on utilise le laiton ordinaire :
Cu 60
Zn 40
impur, dit laiton second titre. 11 sert pour tout ce qui est pièce de robinetterie, écrou, vis, etc.
Le laiton titre mixte est utilisé surtout pour les pièces devant être soudées, pour l'estampage, etc.
Enfin le laiton premier titre est utilisé pour faire les vis à bois (on prend même souvent des alliages plus riches et renfermant jusqu'à 70 0/0 de cuivre), les pièces estampées, etc.
On utilise également, pour des usages spéciaux, des alliages plus riches encore, notamment des produits renfermant de 80 à 90 0/0 de cuivre et généralement un peu de plomb de 1 à 30/0.
Les alliages les plus répandus sont les suivants :
1° Cu 91
Zn 9
Pb 2
3* Cu 90
Zn 40
4° Cu 88
Zn 10
Pb 2
5° Cu 86
Zn 14
6° Cu 80
Zn 17
Pb 3
Ces alliages rentrent dans la catégorie des produits connus sous le nom de Tombac. Nous avons indiqué un certain nombre d'alliages analogues à propos de planches. Ces alliages peuvent évidemment être préparés en barres.
L'un des plus importants est l'alliage
Cu : 90
Zn 10
utilisé en France pour les balles Lebel.
Il faut encore citer quelques autres produits très usités pour la joaillerie à bas prix, et que l'on vendait, les uns comme les autres, sous le nom d'or d'Abyssinie, de Talmi, d'or Talmi, etc.
Voici les alliages cités par Hiorns, à ce sujet :
Zn 6,5
7° Cu 90
Zn 9
Au 1
8° Cu 88,0
Zn 11,5
Au 0,5
9# Cu 87
Zn 13
10° Cu 85
Zn 15
M* Cu 86,4
Zn 12,2
Sn 1,4
Ces derniers types de laiton sont généralement dorés superficiellement. On remarquera que deux d'entre eux contiennent un peu d'or. Nous avons cru devoir cependant les citer dans ce paragraphe; de par leur composition, ce sont bien, en somme, des laitons.
3° Alliages pour pièces fondues. — Les alliages cuivrezinc utilisés pour le moulage sont extrêmement variables avec l'usage auquel les pièces sont destinées.
Cependant la composition utilisée est le plus ordinairement la suivante :
Cu 66,5 à 67 0/0
Zn 33,5 à 33 0/0
C'est ce métal qu'en fonderie on désigne communément sous le nom de jaune.
Généralement on utilise de vieilles matières pour obtenir ce laiton; le métal est toujours impur; il contient du plomb, de l'étain, du fer, etc.
D'ailleurs, quand la pièce doit être travaillée ultérieurement et autrement que pour l'ébarbage et le polissage, on y ajoute intentionnellement 1 à 2 0/0 de plomb, qui a pour effet de rendre le travail au tour, & la lime, etc., beaucoup plus aisé, comme nous l'avons déjà dit.
Voici, en partant des alliages les plus riches en cuivre, les types les plus usités pour la confection des pièces moulées :
*• Cu.... 72
Zn 27
Pb... 1
2* Cu 72
Zn 25
Pb 2
Sn 1
3° Cu . . . . 70
Zn . . . . 30 ,
Ces trois premiers types sont assez rarement usités. Toute-
fois le troisième est utilisé pour la gravure ou pour des pièces à braser, à marteler, etc.
4° Cu 67
Zn 33
C'est le laiton le plus courant avec les deux suivants :
5° Cu 67
Zn 32
Pb 1
6° Cu 66,5
Zn 33
Pb 0,5
7° Cu 66
Zn 31
Pb 2,5
Sn 0,5
utilisé dans différents cas par la Marine française.
8° Cu 67
Zn 27
Pb 5
Sn i
C'est le métal anglais pour cloches.
9« Cu 64,5
Cet alliage est employé couramment pour des objets sans résistance.
Enfin les deux derniers alliages que nous citerons sont les laitons coulés les plus communs :
10° Cu 60
Zn 37
Sn 0,5
Pb 2,5
11° Cu 60
Zn 38
Sn 0,5
Pb 1,5
Il faut également citer quelques alliages employés plus spécialement pour obtenir les statues, les pendules, etc. Ces alliages se travaillent très aisément, d'une part, et, d'autre part, sont très faciles à dorer et à bronzer. Ils contiennent tous, comme on le remarquera, du plomb et de L'étain.
Ces additions ont pour but de leur donner une couleur qui les rapproche des bronzes.
12* Cu 82
Zn 18
Pb i,5
Sd 3 (Total : 104,5)
Pb 2
Sn 2
14° Cu 70
Zn.. 25
Pb 3
Sn 2
Guettier (Guide pratique des Alliages, p. 205) recommande tout spécialement l'emploi des numéros 12 et 13.
15° Cu 64
Zn 33
Pb 0,25
Sn 2,75
16° Cu 64
Zn 33
Pb 2,75
Sn 0,25
Nous avons déjà examiné la composition des bronzes employés pour ce même usage.
4° Alliages pour tubes. — Les alliages employés pour la fabrication des tubes en laiton sont de deux types :
i° Cu 65
dit titre mixte pour tubes;
2° Cu 70
Zn 30
dit premier titre pour tubes.
Parfois on utilise des titres intermédiaires.
5° Alliages pour fils. — La composition du laiton destiné à faire du fil varie de 55 0/0 à 72 0/0 de cuivre.
Ici le métal doit contenir le moins possible de plomb.
On fait le fil en mêmes alliages que les barres et Ton distingue les trois titres :
Deuxième titre :
Cu 60
Zn 40
Titre mixte :
Cu 62 à 63
Zn 38 à 37
Premier titre :
Cu 67
Zn 33
On fait aussi des fils à des titres inférieurs au deuxième, renfermant notamment 58 0/0 de cuivre.
6° Laitons blancs. — Les laitons blancs sont formés par les alliages de cuivre et de zinc renfermant moins de 45 0/0 de cuivre et de zinc.
On sait qu'en effet au-dessous de ce pourcentage les alliages n'ont plus de couleur jaune. Ils sont blanc argent de 40 à 30 0/0 de cuivre, gris de 30 à 20 0/0 de cuivre, gris bleuté audessous de 20 0/0 de cuivre, rappelant alors la couleur du zinc; ces alliages, nous l'avons déjà dit, sont très cassants ; ils ne
peuvent être ni laminés ni tréfilés. Toutefois, certains ont reçu quelques applications intéressantes que nous ne saurions passer sous silence.
Tous ceux que nous allons citer servent à mouler des pièces. Certains peuvent être bronzés et sont même vendus sous le nom de bronze. •
Hiorns (p. 130) attire l'attention sur les bronzes de Fontaine moreau, dont les principaux types sont :
Cu 8
Zn 90
Fonte 1
Pb 1
Cu 8
Zn 91
Pb -. 1
Cu 8
Zn 92
Cu 7
Zn 92
Zn 97
Pb 0,5
Cu 3
Zn 97
Cu 1
Zn 99
On voit que, dans l'un de ces alliages, on fait intervenir le fer sous forme de fonte.
Ces produits sont coulés en coquilles.
Les alliages de Sord sont employés pour un grand nombre de petits objets d'art ; les deux principales compositions sont :
Cu l
Zn 98
Fe 1
Cu 10
Zn 80
Fe 10
a cuivre et
„ soudures et Mas*""»- - ™».-* -«H-. u. cuivre ei '• c sont employés comme soudures ou comme brasures: d" *'„,,, soudures pour les laitons eux-mêmes; Çonune brasures pour les fers et aciers. Le point qui doit intervenir dans le choix d'un alliage pour oiidure, c'est la fusibilité. En effet la soudure doit être plus fusible que le métal a souder.
On utilise généralement pour le laiton un alliage à parties égales de cuivre et de zinc.
L'alliage :
forme une soudure très fusible, mais souvent trop fragile. • On utilise parfois le type plus complexe :
Plus on augmente la dose de cuivre, moins la soudure est fusible; mais plus elle est résistante, du moins jusqu'à une certaine limite. A ce point de vue on utilise parfois l'alliage :
Pour braser le fer, on utilise des alliages plus riches dont le point de fusion est élevé. On emploie généralement les compositions suivantes:
et même :
Cu 90
Zn 10
Les soudures sont généralement livrées sous forme de grains ou de petits morceaux. Pour obtenir la granulation du produit, on peut utiliser Tune des méthodes suivantes :
1° Pulvériser dans un mortier de fer le produit dès sa solidification, alors qu'il est encore très chaud ;
2° Placer le métal dans un mortier de fer, chauffer le tout, et pulvériser ;
3° Couler le métal sur la surface d'une boule de fer placée dans un récipient contenant de l'eau de façon qu'une partie de ia boule soit immergée ;
4° Faire couler le métal dans de l'eau froide en interposant entre le métal et le liquide un fagot qui divise le premier au moment de la coulée;
5° Faire couler le métal dans l'eau et faire arriver en même temps un jet d'eau horizontalement un peu au-dessus de la surface du liquide. On obtient une pulvérisation que Ton peut régler.
