CHAPITRE XIII
Les principaux alliages industriels d'étain sont : Les alliages étain-cuivre déjà étudiés au chapitre vi consacré aux bronzes ordinaires; Les alliages étain-zinc; Les alliages étain-plomb ; Les alliages étain-cadmium ; Les alliages étain-anti moine ; Les alliages étain-bismuth ; Et certains alliages plus complexes, notamment : Les alliages étain-zinc-plomb ; Les alliages étain-plomb-bismuth.
ALLIAGES D'ÉTAIN ET DE ZINC
Etude théorique. — Courbe de fusibilité. — La courbe de fusibilité des alliages étain-zinc a été déterminée par Rudberg [Poggendorffs Annalen, 18-240). Elle est reproduite dans la figure 187.
On y trouve un eutectique fondant à la température de 204° et correspondant à 8 0/0 de zinc. D'après cette courbe,
le zinc et rétain ne doivent pas donner de combinaison définie.
Mêtallographie (Album, PI. LXXIX, Phot. 313 et 314). — Les alliages contenant moins de 8 0/0 de zinc sont formés
uoo
Zoo Sn
IOO
Sb
Bi
O ÎO 20 30 kOSO 60 70 80 SO tOO Fig. 187. — Courbes de fusibilité des alliages d'étain.
d'élain entouré de Teutectique étain - zinc ; ceux renfermant plus de pour 100 de zinc sont constitués par du zinc entouré du môme eutectique.
Résistance électrique. — Des déterminations ont été faites sur la résistance électrique des alliages étain-zinc par Matthiessen. 11 a montré que la variation de la résistance se faisait suivant une ligne droite joignant la valeur de la conductibilité des deux métaux initiaux.
Force électromotrice de dissolution. — M. Herschkowitsch a montré que la détermination de la force électromotrice de dissolution ne mettait en vue aucune combinaison étain-zinc.
Étude industrielle. — Fabrication. — Les alliages que nous allons étudier maintenant ne présentent généralement aucune particularité au point de vue de leur fabrication. C'est dire qu'ils s'obtiennent en fondant le métal à point de fusion le plus élevé, en y ajoutant les autres métaux par ordre de points de fusion, en finissant par celui qui fond à la plus basse température. Nous ne parlerons donc désormais de la fabrication proprement dite que lorsqu'elle présentera quelque inlértU spécial.
Propriétés. — Guettier (Guide pratique des alliages) a défini de la façon suivante les propriétés des alliages étain-zinc.
N° 1 : Êtain, 30; zinc, 70. — Texture d'un blanc terne. — Tassement moyen. — Casse aisément. — Cassure à larges facettes plus brillantes que celles du zinc. — Le métal du fond du moule est plus deuse. — Sec h limer. — Prend à la lime un poli bleuâtre. — Éclate sous le burin. — Sonne peu. -r— Traces de cristallisation à surface coulée, avec une faible couleur jaune.
N° 2 : Êtain, 25; zinc, 75. — Texture d'un blanc tirant sur le bleu. — Tassement faible. — Cassure brillante avec de larges facettes bleuâtres comme celles du zinc. — L'étain dans le culot paraît comme au numéro 1, en plus forte dose au fond du moule. — La surface coulée est plutôt couverte d'une peau ridée que cristallisée avec les tons de l'iris, bleu clair, violàtre et jaune d'or.
N° 3 : Êtain, 50; zinc, 50. — Texture d'un blanc pâle. — La surface coulée du culot est très unie, à la fois grenue et un peu lamelleuse sans aucune apparence de tassement; les bords légèrement arrondis et avec les couleurs d'iris peu indiquées.
— Le grain à la cassure est brillant: à petites facettes, à fond blanc d'étain. — Un peu gras à la lime, bien môle, nerveux et malléable sans être mou .
N° 4 : Êtain, 70; zinc, 30. — Texture blanche un peu brillante. — Pas de tassement. — Sonne peu. — La surface à la coulée est grenue avec couleur d'un blanc mat mêlé de quelques tons d'un jaune clair. — Casse très difficilement. — Se martelle bien. — Se burine aisément; est gras à la lime.
— La cassure est comme celle de l'étain, sans cristallisation et sans brillant. — Le poli a un peu d'éclat, quoique plus terne que celui de l'étain. — L'alliage est plus complet et mieux mélangé que les précédents.
N° 5 : Êtain, 75; zinc, 25. — Texture d'un blanc d'étain mais sans brillant. — Pas de tassement. — Surface grenue à la coulée et comme saupoudrée de parcelles brillantes. La surface supérieure présente un ton changeant du jaune au bleu rougeàtre. — Plus gras à limer que le numéro 4. — Très malléable, mais plus résistant au marteau et plus difficile à
enlever au burin que le numéro 4. — Plie sans reproduire le craquement de l'étain.
N° 6 : Et ain, 10; zinc, 90. — Le barreau présente à la cassure les caractères du barreau de zinc. — Il est un peu plus gras à limer, et sa cassure après la lime est d'un gris moins terne. — Le fond du culot est d'un métal mou prenant facilement l'empreinte du poinçon. — Comme au numéro 2, l'étain paraît s'être précipité et la partie du fond est même plus molle que l'étain pur.
N° 7 : Étain, 90; zinc, 10. — Le barreau présente un arrachement pareil à celui de l'étain. — Il a fallu couper entièrement la coulée pour le détacher. — L'alliage est moins gras à limer que l'étain pur. — Le culot a éprouvé un tassement notable au milieu, tout en conservant ses bords h angles vifs. — L'alliage est très malléable, bien qu'il ne soit pas mou sous le marteau.
N° 8 : Étain, 1 ; zinc, 99. — La cassure est pareille à celle du zinc; mais les facettes sont un peu moins larges. — L'éclat après la lime est un peu plus brillant. — La coulée du barreau a subi au milieu un tassement important. Le culot également est tassé au milieu et sa partie intérieure est molle comme au numéro 6, mais sur une épaisseur moins forte, en raison du peu d'étain introduit dans l'alliage. — La partie molle est bleuâtre à la manière du plomb et se raye facilement avec l'ongle.
N° 9 : Étain, 99; zinc, 1. — La cassure est légèrement grenue, moins terne et moins arrachée que celle de l'étain. — L'éclat au poli est aussi moins brillant. — Le tassement, assez prononcé à la coulée du barreau, n'est pas sensible au culot, dont la surface reproduit des couleurs iris un peu foncées.
Observations générales. — Les alliages où la proportion du zinc est la plus forte cristallisent en larges facettes brillantes.
Une très petite partie d'étain ajoutée au zinc détermine cette cristallisation. Dans les mômes circonstances, les parties extérieures des pièces coulées se recouvrent d'un moiré blanc jaune très sensible.
Dans les pièces massives, où le zinc domine, l'alliage tond à se précipiter sur le fond du moule. — Et, chose remarquable, cette tendance augmente en raison directe du peu d'étain introduit dans l'alliage, de telle sorte que la séparation est plus sensible dans le numéro 8 que dans le numéro G. — On peut citer aussi comme anomalie singulière ce fait que rétain qui a passé dans le zinc et s'est précipité perd les qualités qui le distinguent, devient de couleur terne et bleuâtre comme le plomb et aussi mou que ce métal1.
La couleur du zinc, soit brut, soit limé, acquiert un brillant plus vif en raison directe de la dose d'étain introduite dans l'alliage.
Les alliages forcés en étain prennent du grain quand on augmente la quantité du zinc.
L'alliage n° 3 (Sn = 50, Zn = 50) a, sauf la couleur plus pâle et plus terne, la cassure du fer.
Un alliage formé de :
Sn 99
Zn 1
n'oflïe déjà plus à la rupture la surface arrachée de rétain ; la cassure est d'un gris terne, à grains fins.
La densité des alliages étain-zinc est proportionnelle à la densité moyenne de ces deux métaux; les alliages forls en étain sont par conséquent les plus lourds.
Le déchet se fait sentir davantage sur les alliages forcés en zinc. — L'étain n'ayant été chargé au creuset qu'après le zinc fondu, il faut attribuer de préférence l'excédent du déchet à la volatilisation du zinc.
L'alliage de 1 0/0 de zinc à l'étain rend celui-ci moins flexible et suffit pour lui enlever le cri qui lui est particulier. Ces deux alliages, quand la combinaison est intime, s'opèrent très bien, sans autre altération sensible.
Le terme à choisir comme roideur et comme économie est
1. L'étain doit entraîner un peu de zinc. Tous ces essais mériteraient d'être repris, avec une précision scientifique plus grande.
l'alliage 50 étain, 50 zinc. — Plus de zinc donne un alliage moins môle, plus cristallisant et plus cassant. — Plus d'élain, un métal trop gras, trop flexible. — Cependant, pour des pièces minces et de résistance, l'alliage 70 étain, 30 zinc, est très convenable. Les alliages placés entre celui-ci et la proportion 50 sur 50 sont très résistants et tenaces. Ils augmentent de malléabilité suivant qu'est augmentée la dose d'étain.
L'alliage de 1 zinc à 99 étain, sans ôter de la malléabilité à l'étain, rend ce métal plus dur, moins flexible et plus tenace pour les pièces coulées.
Les alliages en proportion maxima de zinc ne peuvent être utiles en fonderie que pour des objets massifs; ils deviennent alors d'une grande économie. Jusqu'à la proportion 30 étain, 70 zinc, ils demeurent presque aussi cassants que le zinc. La proportion 25 étain, 75 zinc, qui donne un alliage moins flexible que Tétain et moins cassant que le zinc, pourrait fournir les meilleures bases pour les modèles à faire dans les fonderies.
Les alliages n°9 6 et 8 ont paru plus cassants que le zinc dans les épreuves où l'étain, traversant le moule, s'est précipité au fond. On pourrait en inférer qu'une quantité sensiblement inférieure à 1 0/0 d'étain suffirait pour altérer la nature du zinc.
La proportion 40 étain, 60 zinc, deviendrait un peu malléable.
Utilisation. — Les alliages étain-zinc sont rarement employés comme métaux blancs.
On les utilise, en fonderie, pour préparer des modèles métalliques. A ce sujet, Guettier conseille l'alliage :
Sn 50
Zn 50
Enfin, il est bon de rappeler que l'on lamine souvent une très faible lame d'étain sur les deux cotés d'une feuille épaisse de zinc. On obtient ainsi un métal très utilisé actuellement dans la confection des boutons.
Etude théorique. — Courbe de fusibilité. — Celte courbe déterminée par Kupffer [Annales de Chimie et Physique* XL, 289) indique un eutectique fondant à la température de 182° et correspondant à 37 0/0 de plomb (fig. 187).
Métallographie (Album, PI. LXXIX, Phot. 315 et 316). — D'après la courbe de fusibilité, le plomb et l'étain ne donnent naissance à aucune combinaison. Les alliages renfermant moins de 37 0/0 de plomb sont formés de cristaux d'étain enchâssés dans Teutectique étain-plomb; pour une teneur supérieure à 37 0/0, on a des cristaux de plomb enchâssés dans le môme eutectique.
M. Charpy a étudié ces alliages : le polissage ne met pas on évidence la texture; l'acide chlorhydrique dissout letain et recouvre le plomb d'une croûte blanche de chlorure; l'acide azotique dissout le plomb et produit de l'acide métastannique blanc qui recouvre rétain. Ces deux attaques produisent des figures inverses.
Nous donnons dans Y Atlas quelques micrographies de ces alliages. Le photogramme 315 représente un alliage à 85 0/0 d'étain formé de cristallites d'étain entourées d'eutectique; la micrographie 316 donne l'eutectique (étain, 63 0/0).
Force électkomotrice. — D'après Laurie, la force électromotrice des alliages étain-plomb est constante.
Résistance électrique. — Comme pour les alliages étainzinc, Matthiessen a trouvé une ligne droite pour la conductibilité des alliages étain-plomb.
Étude industrielle. — Prophètes. — Guettier, dans le livre déjà cité, donne les propriétés de quelques-uns de ces alliages1 :
1. Nous ferons pour ces données la même réflexion qu,' sur les essais analogues du même auteur sur les alliages étain-zinc : bien que donnant de nombreux renseignements intéressants, ils mériteraient d'être repris avec une méthode plus scientifique et plus moderne.
ALLIAGES d'ÉTAIN 815
N° 1 : Étain, 75; plomb, 25. — Cassure d'un blanc gris, se séparant à l'aide du marteau avec arrachement beaucoup moins prononcé que l 'étain pur. — Plus sec que ce dernier métal.
— Plu» gras à limer que Fêtai n et moins que le plomb. — Moins flexible et plus malléable que l'étain. — Assez ductile.
— Point de tassement au culot et très peu au jet du barreau.
— Éclat après la lime, un peu plus terne que celui de rétain. Le barreau ne raye pas le papier.
N° 2 : Étain, 25; plomb, 75. — Arrachement plus prononcé que celui du numéro 1 ; c'est bien plus un arrachement qu'une cassure. — Cet arrachement présente le caractère de celui du plomb, quoique d'un blanc plus brillant. — Malléable. — Très facile à allonger au marteau, comme le plomb. — Gras à limer, mais ne collant pas à la lime autant que le plomb. — Raye le papier d'une façon très prononcée. — Tassement fouillé assez notable au jet du barreau et insensible au culot. — Les surfaces limées sont d'un poli terne.
N° 3 : Étain, 50; plomb, 50. — Cassure assez facile au marteau après un trait de scie de 0m,001 de profondeur autour du barreau, plus sèche et plus facile à déterminer qu'au numéro 1 . — Un peu moins dur à marteler, cependant bien malléable, ductile et résistant autant que rétain. — Moins brillant que celui-ci après la lime, plus glissant et aussi dur à limer. — Faible tassement et couleur à la manière de Tétain au culot et à la coulée du barreau. Le barreau raye facilement le papier.
N°4 : Étain, 90; plomb, 10. — Cassure avec peu d'arrachement, pareille à celle du numéro 1. — Après un trait de scie comme au numéro 3, le barreau a fléchi légèrement quand on a enlevé le jet au marteau. — Le poli à la lime reste à très peu près celui de l'étain. Le jet présente un tassement à peine prononcé; le culot n'en a pas. — L'alliage est un peu plus gras h limer que l'étain, un peu plus mou, mais ayant à la texture de nombreux rapprochements avec ce métal. — Ne raye pas le papier.
N° 5 : Étain, 10; plomb, 90. — Cassure d un blanc gris avec arrachements prononcés comme au numéro 2. — Mou comme
ce numéro, mais cependant beaucoup moins mou que le plomb pur. — Raye le papier presque autant que le plomb pur. — Gras à limer, empâte la lime. — Plus roide et moins flexible que le plomb. — Se raye sous l'ongle, comme le numéro 2. — Les numéros 1 et 4 ne se rayent pas; le numéro 3, un peu.
Observations générales. — Les alliages étain-plomb s'obtiennent facilement. — Ils donnent, en général, plus de résistance au plomb, et ils n'altèrent pas sensiblement les qualités de l'étain. — On reconnaîtrait, pour ainsi dire, la dose de plomb contenu dans l'alliage à la manière dont celui-ci se coupe au ciseau, s'enfonce sous le poinçon et raye le papier.
Le numéro 4 (étain, 90; plomb, 10) ne raye pas le papier. Le numéro 1 (étain, 75; plomb, 25) ne le raye que peu. Entre ces deux limites, vers 85 étain et 15 plomb, toute trace du plomb sur le papier disparaît, et l'alliage peut donner cet indice suffisant en pratique pour faire reconnaître jusqu'à ces proportions la présence du plomb.
Les alliages de plomb et d'étain ont moins de tassement que ces deux métaux pris séparément; ils sont un peu moins coulants, et ils donnent des surfaces plus molles aux pièces coulées.
Le plomb, joint à rétain, augmente sa malléabilité, sa ductilité, mais il diminue sa ténacité. — Difficile à rompre, même après l'avoir replié plusieurs fois sur lui-même, l'étain devient plus cassant mêlé au plomb et présente même une cassure plus caractérisée, quel que soit l'alliage, que ce dernier métal, qui se sépare plus aisément que l'étain, mais qui ne se sépare toutefois que par arrachement.
Dans l'alliage numéro 4 (90 étain, 10 plomb) l'étain conserve son cri, peut-être à un degré moins élevé qu'à l'état de pureté, mais assez pour induire en erreur les consommateurs peu exercés. Celte qualité de l'alliage numéro 4, qui a d'ailleurs bien d'autres rapports avecl'étainpur, explique les falsifications qu'on rencontre quelquefois dans les étains du commerce. L'essai sur le papier est favorable, comme celui du cri, à la falsification que permet l'alliage numéro 4. — A partir des proportions de cet alliage, il devient très difficile, si l'on n'a pas une grande pra-
ALLIAGES DATAIS 8*7
tique, de reconnaître instantanément la présence du plomb dans Fétain.
Dans les alliages zinc-étain, au contraire, la présence de 1 0/0 de zinc suflit pour annuler cette propriété qu'on appelle cri de Tétain. Cette circonstance, à elle seule, peut permettre de reconnaître l'alliage qu'assez d'autres signes particuliers désignés précédemment font distinguer de Tétain pur.
L'alliage numéro 1 (75étain, 25 plomb) ne crie' pas quand il est plié. En le courbant à angle droit, il commence h montrer une déchirure assez prononcée qui s'ouvre encore davantage quand on redresse le barreau. — Un pareil signe ne se produit pas lorsque rétain pur est plié une première fois; il est même insensible dans l'alliage numéro 4, bien que celui-ci soit plus cassant et ne présente pas un arrachement comme Fétain. Ce serait surtout à cette cassure qu'on pourrait distinguer l'alliage numéro 4 de l'étain pur. Ajoutons que le cri est un peu moins fort, la trace laissée sur papier un peu plus sensible * la texture un peu plus sombre, le poli un peu moins brillant: ce sont des moyens de ne pas s'y laisser tromper. Mais tous ces indices sont si peu perceptibles qu'il faut toute leur réunion et, de plus, comme nous l'avons dit, un œil bien exercé pour les apprécier.
Au-dessous des proportions du numéro 4, ces nuances sont encore moins sensibles, et plus la dose en plomb diminue-, plus il devient difficile de reconnaître la présence du plomb. Aussi arrivc-t-il qu'on trouve dans le commerce peu d'étains., même ceux dits les plus purs, qui ne contiennent du plomk La texture de l'alliage sur les parties coulées à l'air est encore un moyen de reconnaître la présence de ce métal. Dans les alliages pu le plomb est représenté sensiblement, la texture est moins cristallisée; elle est couverte d'une pellicule plus grenue ou plus ridée; elle présente, moins les reflets de l'iris; elle à, en un môt,:ûn éclat plus sombre, plus métallique. A côté de ces données toutes pratiques, et sans avoir recours aux analyses, le consommateur a encore d'autres moyens de distinguer les alliages plomb et étain. Ces moyens dérivent,,
8fô LES ALLIAGES MÉTALLIQUES
cat&ttte; dfcatf que mouj avons; esquissés de la constitution^ ' même des alliages. On peut, par exemple, juger ceux-ci perler densité, iqfdi s'établit proportionnellement ' Mr la- densité moyenne des tfeùxitnétau* alliés.' .:- ; :.:« mi.'x [? • ■ 1
^Uû alliage 'étain-plorali au-dessous de 70! O/0"dé (Uoknb commence* à manquer <te soudabilité. Les alliages à soudure se limitent, pou? fes souditires do; gros tràvafux^ à 90 étain et 7(4 pl^in*;poarlos soudures douce» à 70 étain et 30 pldmU; dé tèt le sorte que-, dans ces alliages, il n'y a jamafe ôioitâ d^ 30; 0/0 d^ celui des composants mis à la dose la plus
faible» : t :'■ . ;
Utilisations.;— , Les principaux emplois des ç^liagçs étain-
.4'. L$s potips; \.,* < /• -, r ....,.;. B. La joaillerie très commune ; , ,
i £.; Ira fabrication d'objat* de Pari», de jouets, ,etc ;. . . ;0. La préparai ion de- soudures tendres.,
< &.:\Botin$\ .—ïi Lesteneuflà en! plomb des potins varient • beaucoup); le type le pius répandu esj; :
# f • î • j - ' ■ » • • •' .-g^ • I ! • i « :.!.•' : ' ' '" ! tfo : ' ' ' J '''.•" ' '
'Qn a signalé des potin^ renfermant :/
Sa ...., PO .
! Pb 50
La. loi française n'admet pas une teneur en plomb supérieure à 18 0/0 pour tous les appareils de mesure servant pour le Vin, le vinaigre, etc.
Cette limite est adoptée à cause du danger d'intoxication que présentent les alliages renfermant trop de plomb. Aussi rem place-t-on de plus en plus le potin par rétain pur, ou, du moins par Tétain renfermant de très faibles quantités de plomb.
•tMP
•ALLïÀGfiS D'ÉTAIN • 1 819
B. Alliages pour joaillerie 1res kotrimune. -^ La joaillerie emploie pour les bijoux les plus communs des alliages plombétain dont le type le plus répandu est :
Sn 60
tfU'99sm^mmU *.,»... • V •• »r • » » ' *V.
Généralement cet alliage est coulé dans des moules métalliques de formest spéciales, qui préparent des. facettes. Il ne reste plus qu'à polir et à parfaire les surfaces planes.
C. Alliages po^r objets de Paris, jouets, etc.-- Les alliages plomb-étain sont très employés pour la confection des jouets et de certains objets de Paris.
Les soldats de plomb et tous les jouets similaires sont généralement préparés avec des alliages étain-plomb, dont le type le plus courant, est : ,
Pb 96
Le même alliage est parfois utilisé pour les tuyaux d'orgue.
D. Alliages pour soudures tendres. — Si Ton se reporte à la courbe de fusibilité que nous avons donnée plus haut, on voit que l'alliage fondant le plus bas (eutectique) est celui renfermant 63 Ô/{0d*étain et 37 0/0 de plomb. Cet alliage est peu usité comme soudure.
La soudure des ferblantiers est l'alliage . r
Sn .... 4S
Pb. 55
Celle des zingueurs correspond à
Sn 40
Pb 60
La différence entre les deux soudures se trouve surtout dans la différence de prix qui provient de la teneur en plomb.
On emploie pour souder le bronze siliceux :
Sn 66
Pb 34
On utilise aussi d'autres alliages. Les plus courants sont les suivants :
Sn 10
Pb 90
Sn 17
Pb 83
Sn 25
Pb ........ 75
Sn 50
Pb 50
Sn 60
Pb 40
Sn 75
Pb 25
Sn 83
Pb 17
Ces dernières soudures ne sont utilisées que pour souder] les vaisselles d'étain ou les objets de quelque valeur.
