Pourquoi le laiton est recuit plutôt que durci
Le laiton est un alliage de cuivre-zinc et, dans les qualités courantes, il s'agit d'un système binaire de cuivre-zinc sans réponse utile de durcissement par précipitation. Selon sa structure, il est divisé en laiton alpha monophasé-, avec une teneur en cuivre d'environ 62,4 % et 100 % en masse, et en laiton alpha et bêta biphasé-, avec une teneur en cuivre d'environ 56,6 % et 62,4 %. La solubilité du zinc dans le cuivre augmente à mesure que la température baisse, c'est pourquoi les traitements de trempe-et-de vieillissement utilisés sur les alliages d'aluminium et les aciers n'ont pas d'équivalent ici.
L'exception est le laiton contenant de l'aluminium, qui peut réagir au traitement thermique, mais pour les qualités ordinaires, le but du chauffage est triple : ramollir le métal travaillé à froid afin qu'un emboutissage, un emboutissage ou un usinage ultérieur soit possible, contrôler la taille des grains afin que les propriétés mécaniques du produit semi-fini - restent prévisibles et éliminer les contraintes résiduelles qui autrement entraîneraient une fissuration par corrosion sous contrainte en service.
Comment la structure et le travail à froid régissent les propriétés
Les propriétés mécaniques et le comportement au formage à froid des produits semi-finis-en laiton recuit dépendent principalement de la taille des grains et les règles générales sont simples. Le grain fin donne une dureté et une résistance plus élevées ; les grains grossiers donnent une meilleure ductilité et une limite d'élasticité plus faible. La déformation à froid augmente la dureté grâce à l'écrouissage, et une faible température de recuit laisse une plus grande partie de cette dureté en place ; à la même température, un trempage plus long ramollit davantage, et au même temps de trempage, une température plus élevée ramollit davantage.
Le laiton à faible teneur en zinc ne durcit que légèrement, il a donc besoin d'un grain plus fin pour atteindre une dureté donnée. Le laiton contenant plus d'environ 20 % de zinc conserve une contrainte résiduelle après déformation à froid et se fissure facilement dans une atmosphère humide contenant de l'ammoniac ou des sels d'ammonium, ou au contact de mercure et de solutions de sels de mercure ; cette combinaison constitue la rupture classique par fissuration saisonnière, et le recuit de détente est la protection standard.
Températures de recuit intermédiaires par qualité et taille
Lors du travail à froid des tubes, des tiges et des fils, le recuit intermédiaire est défini par qualité et réduit à mesure que la taille effective de la section diminue, car une section mince chauffe plus rapidement et nécessite moins d'apport thermique pour atteindre le même ramollissement.
| Grade | Plus de 5mm | 1 à 5mm | 0,5 à 1 mm | Moins de 0,5 mm |
|---|---|---|---|---|
| H96 | 560 à 600°C | 540 à 580°C | 500 à 540°C | 450 à 500°C |
| H90 | 650 à 700°C | 620 à 680°C | 560 à 620°C | 450 à 560°C |
| H80 | 650 à 700°C | 580 à 650°C | 540 à 600°C | 500 à 560°C |
| H68 | 580 à 650°C | 540 à 600°C | 500 à 560°C | 450 à 520°C |
Deux notes pratiques s'appliquent à chaque ligne de ce tableau. Premièrement, les qualités biphasées à haute teneur en-zinc-tolèrent une fenêtre de température plus large que les qualités monophasées à faible-zinc-, qui surchauffent et grossissent rapidement. Deuxièmement, la plupart des laitons ne nécessitent pas de trempe rapide après le recuit ; le refroidissement contrôlé du four est normal et seules les qualités qui répondent au traitement thermique nécessitent un chemin de refroidissement spécifique.
Pratique finale de recuit et de soulagement des contraintes
Un état doux ou entièrement recuit pour l'emboutissage profond et le pliage sévère est produit dans la partie supérieure de la plage de recristallisation, généralement autour de 550 à 650 C pour les qualités H68 et H62 courantes, avec un temps de trempage choisi pour atteindre une granulométrie uniforme.
Les états mi--durs et quarts-durs sont produits par une réduction finale à froid contrôlée après le dernier recuit complet, ou par un recuit de récupération à basse-température qui supprime une partie de l'écrouissage tout en laissant la granulométrie fine.
Le recuit de détente est une opération distincte réalisée à une température beaucoup plus basse, généralement comprise entre 200 et 300 C pendant une à plusieurs heures, ce qui est suffisant pour relâcher les contraintes internes sans ramollir la pièce ni modifier la granulométrie.
Le contrôle de l'atmosphère est important : le recuit brillant des tubes et des fils destinés aux marchés électriques et sanitaires est effectué dans une atmosphère réductrice ou inerte ou sous un couvercle de protection, car le tartre d'oxyde sur les tubes à paroi mince n'est éliminé que par un décapage qui enlève également le métal.
Les taux de chauffage et de refroidissement doivent être contrôlés sur les tiges épaisses et sur les tubes soudés afin que les gradients thermiques ne réintroduisent pas de contrainte ou ne déforment pas les dimensions.
Post-Vérifications et normes des propriétés de recuit
Les désignations corroyées et la composition des qualités recuites sont définies par GB/T 5231, et les normes de produits qui fixent l'état, les dimensions et les exigences mécaniques incluent GB/T 2059 pour les bandes, GB/T 4423 pour les tiges étirées, GB/T 1527 pour les tubes, EN 12163 et EN 12167 pour les tiges et les profilés, et ASTM B36 pour les plaques, feuilles et bandes de laiton. Les tests après recuit couvrent généralement la résistance à la traction et l'allongement dans l'état spécifié, la dureté par la méthode Vickers ou Brinell selon la norme ISO 6507-1 ou ISO 6506-1, et la détermination de la taille des grains avec un tableau de comparaison ou une méthode d'interception selon ASTM E112.
La résistance à la corrosion sous contrainte d'une pièce finie peut être vérifiée à l'aide d'un test à l'ammoniac conforme à la norme ISO 6957, qui est principalement utilisé sur les raccords formés à froid-et sur les composants destinés à un service humide ou ammoniacal. Pour les commandes à l'exportation, le package de validation combine généralement les résultats d'analyse thermique, de traction et de dureté pour l'état livré, la granulométrie là où le dessin l'exige, les enregistrements dimensionnels et un certificat d'inspection selon la norme EN 10204 type 3.1.
Deux erreurs reviennent en production. La première consiste à utiliser une température de recuit intermédiaire destinée à une section mince sur une section épaisse et à se demander ensuite pourquoi le noyau est encore dur ; la seconde est une détente à une température suffisamment élevée pour ramollir la pièce finie et perdre le tempérament commandé par le client. Ces deux phénomènes sont évités en liant le calendrier au niveau du sol et à la taille des sections mesurées plutôt qu'à la température d'une seule maison.
Foire aux questions
Q : Le laiton peut-il être durci par traitement thermique ?
R : Dans les qualités de cuivre-zinc ordinaires, non. Le laiton est renforcé par travail à froid et adouci par recuit. Seul le laiton contenant de l'aluminium, ou quelques qualités spéciales, répond à un traitement de durcissement thermique.
Q : Quel est le but du recuit de détente ?
R : Pour éliminer les contraintes résiduelles laissées par le formage à froid, qui autrement provoquent des fissures par corrosion sous contrainte dans une atmosphère humide contenant de l'ammoniac. Il est effectué à une température beaucoup plus basse que le recuit d'adoucissement afin que l'état et la taille des grains ne soient pas modifiés.
Q : Pourquoi les températures de recuit diminuent-elles à mesure que la taille de la section diminue ?
R : Parce qu’une section mince atteint la température plus rapidement et nécessite moins d’apport de chaleur pour le même degré de ramollissement. L'utilisation de la température prévue pour une section épaisse sur un fil ou une bande mince provoque un grossissement des grains et une perte de ductilité.
Q : Une trempe à l’eau est-elle nécessaire après le recuit du laiton ?
R : Normalement non. Le refroidissement contrôlé dans le four est une pratique courante, car la plupart des laitons ne répondent pas à une trempe et un refroidissement rapide peut introduire de nouvelles contraintes thermiques, en particulier dans les tiges épaisses et les tubes soudés.
Q : Comment les propriétés recuites sont-elles vérifiées ?
R : Par des essais de traction dans l'état spécifié, des essais de dureté selon la norme ISO 6507-1 ou ISO 6506-1 et des mesures de la taille des grains selon la norme ASTM E112, avec un essai de corrosion sous contrainte à l'ammoniac selon la norme ISO 6957 où l'utilisation finale est exposée à l'humidité ou à la vapeur d'ammoniac.
Q : Que se passe-t-il si la température de recuit est trop élevée ?
R : Grossissement des grains. Le matériau se ramollit au-delà de la trempe ordonnée, la finition de surface se détériore et, dans les bandes et tubes minces, les propriétés mécaniques tombent en dessous des spécifications et le comportement ultérieur en étirage ou en flexion devient imprévisible.
