METHODE D’ELABORATION

DES

ALLIAGES DE CUIVRE

1) INTRODUCTION :

Les principales difficultés rencontrées au cours de l’élaboration des alliages de cuivre sont dues à l’action des gazs sur le métal liquide.

Dans le cas du cuivre pur, la question est simple, par contre l’addition des éléments habituellement présents dans les divers alliages industriels : étain, zinc, aluminium, phosphore,…complique souvent gravement le problème.

L’hydrogène est soluble dans le cuivre et sa solubilité varie avec la température en présentant une diminution brutale à la solidification.

SOLUBILITE DE L’HYDROGENE DANS LE CUIVRE

10

5

2

1

0

1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300

Température, °C

Dans les alliages courants la solubilité de l’hydrogène est plus faible, les valeurs suivantes étant généralement admises à 1200 °C :

Cuivre pur 9 cm³ / 100 g de métal

Cuivre + 10% Sn 5.5 cm³ / 100 g de métal

Cuivre + 10% Al 4 cm³ / 100 g de métal

Cette dissolution est très atténuée lorsque le zinc se trouve en forte proportion dans l’alliage ou quand ce métal est ajouté dans le bain pour obtenir le titre d’un laiton défini.

La tension élevée des vapeurs de zinc ( température d’ébulition de 907°C ) provoque le départ de l’hydrogène qui aurait pu se trouver dissous.

De plus, les laitons n’offrent pas les difficultés provoquées par le rochage que l’on rencontre avec les autres alliages de cuivre. Les différentes opérations métallurgiques s’expliquent facilement à partir de la réaction :

2H + O ^ß_à H₂O

D’abord, l’hydrogène et l’oxygène dissous dans le métal sont en équilibre pour une température avec la vapeur d’eau présente dans le bain, ou avec l’humidité de l’atmosphère ( c’est pour cela qu’il faut prendre énormément de mesure afin de protéger les charges et les différents matériels utilisés de toute trace d’humidité ).

De plus, il existe un équilibre entre les concentrations relatives d’hydrogène et d’oxygène dans le bain :

0,00020

0.00016

0.00012

0.00008

0.00004

0

0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

EQUILIBRE OXYGENE - HYDROGENE

Oxygène en p. cent

C’est la base de la méthode d’oxydation-réduction : la teneur en oxygène est augmentée artificiellement pendant l’élaboration, par soufflage d’air ou emploi de flux oxydants, ce qui entraîne une faible concentration en hydrogène, puis, ensuite, l’oxygène est éliminé ( Avec du phosphore par exemple ) et l’alliage est coulé aussitôt.

2) METHODE D’ELABORATION DES BRONZES

BRONZES ORDINAIRES

Le creuset est préalablement réchauffé jusqu’au rouge cerise. Il faut ensuite effectuer un chargement dense et mettre d’abord au fond du creuset quelques menus morceaux de mitrailles, puis les lingots, en réservant une place suffisante pour l’adjonction d’une quantité de flux.

Ce flux doit être incorporé à raison de 1 à 2% de la charge.

Carbonate de soude ( Na₂CO₃ ) 50%

Sable Siliceux ( Si O₂ ) 25%

Bioxyde de manganèse ( MnO₂ ) 25%

Le pourcentage ci-dessus est idéal si les matières premières sont de bonne qualité et que la fusion est très bien conduite, en revanche si il y a utilisation de matières de mauvaise qualité et que le réglage du four est incertain, le flux ci-dessus devra être plus acide afin de mieux scorifier les scories et mieux oxyder le métal liquide :

Carbonate de soude ( Na₂CO₃ ) 30%

Sable Siliceux ( Si O₂ ) 30%

Bioxyde de manganèse ( MnO₂ ) 40%

Ces 3 produits devront être mélangés soigneusement et de façon la plus homogène et surtout conservés à l’abri de l’humidité.

Le four est mis en marche en allure légèrement oxydante.

i Dans les fours à mazout, la flamme ne doit pas être éclairante, mais vive et transparente.

La fusion doit être rapide, mais sans surchauffe, aussi les matières doivent être enfournées au fur et à mesure de la descente de la charge, en évitant tout arrêt dans l’opération.

Il faut également veiller à ce que les morceaux de métal ne se coincent pas et ne restent pas accrochés sur les parois du creuset ou de la rehausse.

L’alliage liquide et le flux sont brassés énergiquement.en général, les brassages doivent être poursuivis jusqu’à fluidification parfaite. Si cette fluidité est difficile à atteindre, par suite de trop d’impuretés ou d’une attaque trop prononcée du creuset de fusion, on peut ajouter au flux 20% de spath-fluor ( CaF₂ ), afin de favoriser la formation du laitier.

Au moment de l’écumage, l’addition de sable siliceux sur le laitier est pratiquée pour l’épaissir et faciliter son enlévement.

Ensuite, l’alliage est désoxydé ; la désoxydation est éffectuée par ajout dans le creuset d’au moins 0.5 % de zinc, puis de 150 g de phosphure de cuivre à 15% de phosphore pour 100 Kg de métal.

i Le phosphure de cuivre existe sous différentes formes

- Gaufrette

- Grenaille

- ½ Lune

- Tube

Après brassage et vérification de la température, l’alliage doit être couler sans attendre davantage.

En cas d’utilisation de poches de transvasement, il est fortement recommandé de mettre au fond de la poche 30 à 40 g de phosphure de cuivre pour 50Kg de métal.

La température de coulée est établie en fonction de la nature du bronze et l’épaisseur de la pièce à couler :

1140

1090

1060

1030

1180

1140

1100

1050

1200

1190

1140

1070

95

90

85

80

Sup. à 20 mm

De 10 à 20 mm

Inf. à 10 mm