Le bronze est un alliage à base de cuivre. Les métaux auxiliaires peuvent être le nickel, le zinc, l'étain, l'aluminium et autres. Dans cet article, nous examinerons les types, les caractéristiques technologiques, les produits chimiques. la composition du bronze, ainsi que les méthodes de sa fabrication.
Classification
1. Selon la composition chimique, ce métal est généralement divisé en deux groupes. Le premier est les bronzes à l'étain. En eux, l'étain est le principal élément d'alliage. Le second est sans étain. Nous en parlerons plus en détail ci-dessous.
2. Selon les caractéristiques technologiques du bronze, il est d'usage de le diviser en déformable et en fonderie. Les premiers sont bien traités sous pression. Ces derniers sont utilisés pour les moulages en forme.
Ce métal, comparé au laiton, a de bien meilleures propriétés anti-friction, mécaniques, ainsi qu'une résistance à la corrosion. En fait, le bronze est un alliage de cuivre et d'étain (en tant qu'élément auxiliaire principal). Le nickel et le zinc ne sont pas les principaux éléments d'alliage ici; pour cela, des composants tels que l'aluminium, l'étain, le manganèse, le silicium, le plomb, le fer, le béryllium, le chrome, le phosphore, le magnésium, le zirconium et d'autres sont utilisés.
Bronzes à l'étain: fonderie
Déterminons ce qu'est un tel métal. Le bronze à l'étain (la photo ci-dessous montre des pièces moulées) est un alliage dont la fluidité est inférieure à celle des autres types. Cependant, il présente un retrait volumétrique insignifiant, ce qui permet d'obtenir des pièces moulées en bronze de forme. Ces propriétés déterminent l'utilisation active du bronze dans la coulée de pièces antifriction. Aussi, l'alliage considéré est utilisé dans la fabrication de raccords destinés à fonctionner en milieu aqueux (y compris l'eau de mer) ou en vapeur d'eau, dans les huiles et sous haute pression. Il existe également des bronzes de coulée dits non standards à des fins responsables. Ils sont utilisés dans la production de roulements, engrenages, bagues, pièces de pompe, bagues d'étanchéité. Ces pièces sont conçues pour fonctionner sous haute pression, à haute vitesse et à faible charge.
Bronzes au plomb
Cette sous-espèce d'alliages d'étain de fonderie est utilisée dans la fabrication de roulements, de joints et de pièces moulées en forme. Ces bronzes se caractérisent par de faibles propriétés mécaniques, de sorte que, lors du processus de fabrication des roulements et des bagues, ils sont simplement appliqués sur une base en acier sous la forme d'une couche très mince. Les alliages à haute teneur en étain ont des propriétés mécaniques plus élevées. Par conséquent, ils peuvent être utilisés sans support en acier.
Bronzes à l'étain: déformables
Les alliages traités par pression sont généralement répartis dans les groupes suivants:étain-phosphore, étain-zinc et étain-zinc-plomb. Ils ont trouvé leur application dans l'industrie des pâtes et papiers (des filets en sont fabriqués) et dans l'ingénierie mécanique (la production de ressorts, de roulements et de pièces de machines). De plus, ces matériaux sont utilisés dans la fabrication de produits bimétalliques, tiges, rubans, bandes, engrenages, engrenages, bagues et joints pour machines fortement chargées, tubes pour instrumentation, ressorts de pression. En électrotechnique, l'utilisation généralisée du bronze (forgé) est due à ses excellentes propriétés mécaniques (associées à des caractéristiques électriques élevées). Il est utilisé dans la fabrication de ressorts conducteurs de courant, de connecteurs enfichables, de contacts. Dans l'industrie chimique, les bronzes à l'étain sont utilisés pour produire du fil à ressort, dans la mécanique de précision - raccords, dans l'industrie papetière - racleurs, dans l'industrie automobile et des tracteurs - douilles et roulements.
Ces alliages peuvent être fournis dans des états extra-durs, durs, semi-durs et doux (recuits). Les bronzes à l'étain sont généralement travaillés à froid (laminés ou étirés). Le métal chaud est seulement pressé. Sous pression, le bronze se travaille parfaitement à froid comme à chaud.
Bronze au béryllium
Il s'agit d'un alliage appartenant au groupe des métaux durcissant par précipitation. Il a des propriétés mécaniques, physiques et élastiques élevées. Le bronze au béryllium a un niveau élevé de résistance à la chaleur, de résistance à la corrosion et de résistance cyclique. Il résiste aux faiblestempérature, ne se magnétise pas et ne donne pas d'étincelles lorsqu'il est frappé. Le durcissement des bronzes au béryllium est effectué à des températures de 750 à 790 degrés Celsius. L'ajout de cob alt, de fer et de nickel contribue à ralentir la vitesse des transformations de phase lors du traitement thermique, ce qui facilite grandement la technologie de vieillissement et de durcissement. De plus, l'ajout de nickel contribue à augmenter la température de recristallisation, et le manganèse peut remplacer, mais pas complètement, le cher béryllium. Les caractéristiques ci-dessus du bronze permettent d'utiliser cet alliage dans la fabrication de ressorts, de pièces de ressort et de membranes dans l'industrie horlogère.
Un alliage de cuivre et de manganèse
Ce bronze a des propriétés mécaniques élevées particulières. Il est traité par pression, à froid et à chaud. Ce métal se caractérise par une résistance élevée à la chaleur, ainsi qu'une résistance à la corrosion. Un alliage de cuivre additionné de manganèse a trouvé une large application dans les raccords de four.
Bronze au silicium
Il s'agit d'un alliage contenant du nickel, moins souvent du manganèse. Un tel métal se caractérise par des propriétés mécaniques, antifriction et élastiques ultra élevées. Dans le même temps, le bronze au silicium ne perd pas sa plasticité à basse température. L'alliage est bien soudé, traité par pression à haute et basse température. Le métal en question n'est pas magnétisé, ne produit pas d'étincelle lorsqu'il est frappé. Ceci explique la généralisation de l'utilisation du bronze (silicium) en construction navale marine dans la fabrication de pièces anti-friction, roulements, ressorts,grilles, évaporateurs, grilles et douilles de guidage.
Coulage d'alliages sans étain
Ce type de bronze se caractérise par de bonnes propriétés anti-corrosion et anti-friction, ainsi que par une résistance élevée. Ils sont utilisés pour la fabrication de pièces qui sont exploitées dans des conditions particulièrement difficiles. Il s'agit notamment d'engrenages, de soupapes, de bagues, d'engrenages pour de puissantes turbines et grues, de vis sans fin qui fonctionnent en tandem avec des pièces en acier trempé, de roulements qui fonctionnent sous des pressions élevées et des charges de choc.
Comment faire du bronze ?
La production de ce métal doit être effectuée dans des fours spéciaux utilisés pour la fusion des alliages de cuivre. La charge de bronze peut être réalisée à partir de métaux frais ou avec l'ajout de déchets secondaires. Le processus de fusion est généralement effectué sous une couche de fondant ou de charbon de bois.
Le processus utilisant une charge de métaux frais se déroule dans un certain ordre. Tout d'abord, la quantité requise de fondant ou de charbon de bois est chargée dans un four hautement chauffé. Ensuite, le cuivre y est placé. Après avoir attendu qu'il fonde, augmentez la température de chauffage à 1170 degrés. Après cela, la masse fondue doit être désoxydée, pour laquelle du cuivre phosphoreux est ajouté. Ce procédé peut être réalisé en deux étapes: directement dans le four, puis dans la poche. Dans ce cas, l'additif est introduit en proportions égales. Ensuite, les éléments d'alliage nécessaires chauffés à 120 degrés sont ajoutés à la masse fondue. Les composants réfractaires doivent être introduits sous forme de ligatures. Plus de bronze fondu (photo,ci-dessous, montre le processus de fusion) est agité jusqu'à ce que toutes les substances ajoutées soient complètement dissoutes et chauffées à la température souhaitée. A la sortie du four de l'alliage résultant, avant coulage, il faut enfin le désoxyder avec le reste (50%) de cuivre phosphoreux. Ceci est fait pour libérer le bronze des oxydes et augmenter la fluidité de la fonte.
Fonte à partir de matériaux recyclés
Afin de fabriquer du bronze à partir de métaux et de déchets recyclés, la fusion doit être effectuée dans l'ordre suivant. Tout d'abord, le cuivre est fondu et désoxydé avec des additifs de phosphore. Ensuite, les matériaux en circulation sont ajoutés à la masse fondue. Après cela, les métaux sont complètement fondus et les éléments d'alliage sont introduits dans l'ordre approprié. Dans le cas où la charge est constituée d'une petite quantité de cuivre pur, il faut d'abord faire fondre les métaux en circulation, puis ajouter du cuivre et des éléments d'alliage. La fusion s'effectue sous une couche de fondant ou de charbon de bois.
Après avoir fait fondre le mélange et l'avoir chauffé à la température requise, la désoxydation finale du mélange avec du cuivre phosphoreux est effectuée. Ensuite, la masse fondue est recouverte de charbon calciné ou de fondant séché. La consommation de ce dernier est de 2 à 3% en poids du métal. La masse fondue chauffée est conservée pendant 20 à 30 minutes, agitée périodiquement, puis le laitier séparé est retiré de sa surface. Tout, le bronze est prêt à être coulé. Pour une meilleure élimination des scories, du sable de quartz peut être ajouté à la poche, ce qui l'épaissit. Pour déterminer si le bronze est prêt à être coulé dans des moules, unessai technologique. La cassure d'un tel échantillon doit être uniforme et nette.
Aluminium Bronze
C'est un alliage de cuivre et d'aluminium comme élément d'alliage. Le processus de fusion de ce métal diffère considérablement de ce qui précède, ce qui s'explique par les caractéristiques chimiques du composant auxiliaire. Considérez comment fabriquer du bronze à l'aide de composants en alliage d'aluminium. Dans la fabrication de ce type d'alliage utilisant des matériaux recyclés dans la charge, l'opération de désoxydation avec des composants phosphorés n'est pas utilisée. Cela est dû au fait que le phosphore se caractérise par une plus faible affinité pour les molécules d'oxygène que l'aluminium. Il faut aussi savoir que ce type de bronze est très sensible à la surchauffe, la température ne doit donc pas dépasser 1200 degrés. Dans un état surchauffé, l'aluminium est oxydé et l'alliage de bronze est saturé de gaz. De plus, l'oxyde formé lors de la fusion de ce type de bronze n'est pas réduit par l'ajout de désoxydants, et il est très difficile de l'éliminer du bain de fusion. Le film d'oxyde a un point de fusion très élevé, ce qui réduit considérablement la fluidité du bronze et provoque un rejet. La fusion est effectuée de manière très intensive, aux limites supérieures des températures de chauffage. De plus, la masse fondue finie ne doit pas être retenue dans le four. Lors de la fusion du bronze d'aluminium, il est recommandé d'utiliser un fondant composé à 50 % de carbonate de sodium et à 50 % de cryolite comme couche de couverture.
La fonte finie est raffinée avant d'être coulée dans des moules en y introduisant du chlorure de manganèse, ouchlorure de zinc (0,2-0,4% de la masse totale de la charge). Après cette procédure, l'alliage doit être conservé pendant cinq minutes jusqu'à l'arrêt complet du dégagement gazeux. Après cela, le mélange est porté à la température requise et versé dans des moules.
Afin d'éviter la ségrégation dans un bain de bronze à haute teneur en impuretés de plomb (50-60%), il est recommandé d'ajouter 2-2,3% de nickel sous forme de ligatures cuivre-nickel. Ou, comme fondants, il est nécessaire d'utiliser le sel de sulfate de métaux alcalins. Le nickel, l'argent, le manganèse, s'ils font partie du bronze, doivent être introduits dans la masse fondue avant la procédure d'ajout d'étain. De plus, pour améliorer la qualité de l'alliage obtenu, il est parfois modifié avec des additifs mineurs à base de métaux réfractaires.
