Le cuivre, le laiton et le bronze, généralement classés comme métaux non ferreux, appartiennent au même groupe appelé métaux rouges. Ils possèdent tous des caractéristiques de résistance à la corrosion, de conductivité électrique/thermique élevée et de soudabilité qui les rendent largement utilisés dans des secteurs tels que l'architecture, l'électronique, l'art et les machines.
Bien que ces métaux partagent des caractéristiques similaires, chacun possède des propriétés uniques qui sont cruciales pour des applications spécifiques. Comprendre leurs différences est important pour sélectionner celle la plus adaptée à vos projets.
Cet article montre les propriétés distinctes de chacun, clarifiant les différences entre le cuivre, le laiton et le bronze. Nous vous guiderons pour trouver une meilleure solution pour choisir le bon matériau pour votre projet.
Un aperçu du cuivre
Le cuivre, appelé Cu dans le tableau périodique, est un élément métallique naturel avec une couleur rouge-orange distinctive. C'est l'un des rares métaux présents dans la nature qui peut être directement traité et, comme le cuivre est plus pur, il a souvent plus de valeur et peut être recyclé sans perdre aucune qualité.
Propriétés du cuivre
Excellente conductivité électrique et thermique
Ductilité
Résistance à la corrosion
Antimicrobien
Qualités de cuivre
Le cuivre est classé en différentes qualités en fonction de sa pureté, ainsi que du type et de la teneur des autres éléments ajoutés. Voici quelques-unes des qualités courantes de cuivre :
Cuivre à brai électrolytique dure (ETP) （C11000） : contenant un minimum de 99,90 % de cuivre, est la qualité de cuivre la plus courante. Il présente non seulement le plus haut niveau de conductivité thermique et électrique, mais également une excellente formabilité et ductilité.
Cuivre à haute conductivité sans oxygène (OFHC) (C10100) : Un cuivre à haute conductivité avec des niveaux d'oxygène extrêmement faibles. Cette caractéristique améliore sa conductivité électrique et réduit le risque d'oxydation.
Cuivre désoxydé à haute teneur en phosphore (DHP) (C12200) : est mécaniquement similaire au C11000 mais comprend une petite quantité de phosphore. Cet ajout élimine l'oxygène du métal, améliorant ainsi sa soudabilité et ses capacités de brasage tout en empêchant la fragilisation par l'hydrogène.
Tellure Cuivre (C14500) :Contient un faible pourcentage de tellure, généralement entre 0,4 % et 0,7 %. L'ajout de tellure améliore l'usinabilité sans affecter de manière significative la conductivité.
Applications
Câblage électrique et électronique
Plomberie et tuyauterie
Échangeurs de chaleur et systèmes CVC
Applications médicales telles que les instruments chirurgicaux, les outils dentaires et les implants
Un aperçu du laiton
Le laiton est un alliage principalement composé de cuivre et de zinc, ainsi que de traces d’autres métaux. Les proportions de zinc et de ces éléments supplémentaires affectent de manière significative à la fois la couleur – allant d’un cuivre rougeâtre plus profond à un or jaune plus clair – et les propriétés mécaniques du laiton. Par exemple, une teneur accrue en zinc améliore généralement la résistance mais peut réduire la ductilité, rendant l'alliage plus dur et plus cassant. De plus, le laiton est généralement moins cher que le cuivre pur en raison de l’inclusion de zinc, qui coûte moins cher.
Propriétés du laiton
Bonnes propriétés mécaniques
Excellente formabilité (point de fusion inférieur à celui du cuivre, environ 900 °C)
Bonne conductivité électrique et thermique
Résistance à la corrosion relativement bonne
Qualités de laiton
Il existe différentes qualités de laiton, principalement classées en fonction de la proportion de cuivre par rapport au zinc et de l'ajout d'autres éléments d'alliage. Les plus courants sont les suivants :
Cartridge Brass (C26000) : Généralement composé de 70 % de cuivre et de 30 % de zinc, cet alliage excelle dans le travail à froid, offrant une bonne résistance et ductilité. Il est parfait pour les douilles de munitions, les noyaux de radiateurs, les échangeurs de chaleur et les composants électriques tels que les connecteurs et les bornes.
Laiton jaune (C27200) : Avec une teneur en zinc plus élevée que le C26000, il a une couleur jaune vif et une bonne formabilité. Il est souvent utilisé dans des applications industrielles et architecturales.
Laiton à faible teneur en plomb (C33000) : Hautement usinable avec un faible pourcentage de plomb, cet alliage est conforme à des normes environnementales plus strictes, ce qui le rend idéal pour les raccords comme dans les systèmes d'eau potable.
Clock Brass (C35300) :Son excellente usinabilité permet un usinage de précision, notamment dans la fabrication d'horloges et de montres.
Laiton de décolletage (C36000) : connu pour sa malléabilité et son usinabilité exceptionnelles, il est largement utilisé pour le brasage et la fabrication de raccords, de fixations et de vannes. C’est le type de laiton le plus courant.
Bronze architectural (C38500) :Choisi pour son excellente usinabilité et son aspect attrayant, il est idéal pour la quincaillerie architecturale et les éléments décoratifs.
Laiton naval (C46400) : avec une petite quantité d'étain, offre une résistance supérieure à la corrosion par l'eau de mer, ce qui le rend parfait pour les applications marines et les composants exposés à des environnements difficiles.
Applications
Applications décoratives (aspect similaire à l'or et disponible dans une variété de nuances, applicable en bijoux, garnitures de portes, etc.)
Instruments de musique
Raccords de plomberie
Bornes électroniques et électriques
Un aperçu du bronze
Le bronze, un alliage brun doré principalement composé de cuivre et d'étain, comprend des éléments comme l'aluminium, le manganèse, le silicium et le phosphore en petites quantités. Il est utilisé depuis des milliers d’années, remontant aux anciennes civilisations de 3 500 avant JC.
Propriétés du Bronze
Haute résistance et dureté
Résistance supérieure à la corrosion
Excellente conductivité thermique et bonne conductivité électrique
Faible friction métal sur métal
Une plus grande fragilité
Grades de bronze
À mesure que la technologie de traitement des métaux progresse et que la demande de propriétés améliorées des matériaux augmente, les chercheurs ont exploré l'ajout d'autres éléments pour améliorer les performances du bronze. Vous trouverez ci-dessous les variétés courantes de bronze.
Bronze à l'étain à haute teneur en plomb (C93200) : Couramment utilisé pour les roulements (souvent appelés « Bronze à roulements »), les bagues, les composants de pompes et de vannes, ainsi que les applications mécaniques où une résistance modérée et une bonne résistance à l'usure et des larmes sont nécessaires.
Bronze d'aluminium (C95400) : Connu comme le type de bronze le plus dur et le plus résistant, il est très résistant à la corrosion dans l'eau salée, ce qui le rend adapté aux pompes, aux vannes et aux composants de navires. Il est également utilisé dans des applications lourdes telles que les trains d’atterrissage des avions.
Bronze phosphoreux (C51000) : Connu pour son excellente résistance à la fatigue, sa bonne résistance à la corrosion et sa haute résistance, le bronze phosphoreux est couramment utilisé dans des applications telles que les ressorts, les fixations, les connecteurs électriques et les roulements, où les composants sont soumis à des stress répétitifs et à des environnements difficiles.
Bronze au silicium (C65500) :Possède une résistance élevée, une excellente résistance à la corrosion, en particulier dans des conditions marines, et une bonne usinabilité. Il est largement utilisé pour le matériel marin, les applications architecturales et les composants de pompes et de vannes, où la longévité et l'esthétique sont essentiels.
Applications
Roulements et bagues (l'application la plus courante du bronze)
Applications marines telles que le matériel marin, les hélices et les composants de navires
Statues et sculptures
Connecteurs électriques et ressorts
Différences entre le cuivre, le laiton et le bronze
Pour différencier leurs propriétés distinctes, commençons par examiner le tableau ci-dessous pour faire une comparaison préliminaire.
Propriété
Bronze
Laiton
Cuivre
Composition des éléments
Cuivre, étain, autres
Cuivre, zinc, autres
Cuivre pur
Couleur/apparence
Brun rougeâtre
Comme de l'or
Orange-rouge
Résistance à la corrosion
Excellent
Intermédiaire
Très bien
Conductivité électrique
Modéré
Haut
Très élevé
Conductivité thermique
229~1440 BTU/h-pi²-ºf
64 BTU/h-pi²-ºf.
223 BTU/h-pi²-ºf
Point de fusion
Env. 950 - 1050°C
Env. 900-940°C
1085°C
Densité
7,5 ~ 8,8 g/c㎥
8,4 ~ 8,7 g/c㎥
8,96 g/c㎥
Dureté
40~420 BHN
55~73 BHN
35 BHN
Limite d'élasticité
125-800 MPa
95 à 124 MPa
33,3MPa
Résistance à la traction
350 à 635 MPa
338 à 469 MPa
210MPa
Usinabilité
Passable à bon
Bon à Excellent
Équitable
Soudabilité
Pauvre
Bien
Excellent
Ensuite, effectuons des comparaisons spécifiques sur la composition des éléments, leur apparence, leur résistance à la corrosion, leur conductivité, leur densité et leur poids, leur dureté, leur résistance, leur usinabilité et leur soudabilité.
Composition des éléments
Le cuivre est un métal élémentaire pur, portant le symbole chimique Cu et le numéro atomique 29 dans le tableau périodique.
Le laiton, un alliage cuivre-zinc, contient du cuivre (60 % à 90 %) et du zinc (10 % à 40 %), parfois allié à de l'étain, du plomb, de l'aluminium ou du nickel.
Le bronze se compose principalement de cuivre (80 % à 90 %) et d'étain (10 % à 20 %), avec des ajouts occasionnels d'autres éléments comme l'aluminium ou le zinc.
Apparence
Le laiton, comme son nom l’indique, a un aspect doré. Cela permet de se différencier facilement des deux autres. Le bronze et le cuivre partagent une couleur brun rougeâtre similaire. En comparaison, le cuivre a une couleur rouge-orange distinctive par rapport à la couleur or terne du bronze. De plus, le bronze présente souvent de légers anneaux à sa surface, ce qui peut constituer un élément de différenciation important.
Résistance à la corrosion
Le bronze présente généralement une meilleure résistance à la corrosion que le cuivre et le laiton, en particulier dans les environnements d'eau salée en raison de sa teneur en étain. De plus, sa résistance peut être améliorée en incorporant des éléments supplémentaires tels que l'aluminium et le phosphore.
Le cuivre, bien que légèrement moins résistant dans les environnements marins, forme au fil du temps une couche protectrice de patine, ce qui aide à prévenir une détérioration supplémentaire.
Le laiton, tout en offrant une certaine résistance, est généralement moins résistant et peut subir une corrosion accélérée lorsqu'il est exposé à des produits chimiques spécifiques ou à des conditions d'eau salée.
Conductivité (électrique et thermique)
Le cuivre, le laiton et le bronze présentent tous différents niveaux de conductivité électrique et thermique en raison de leurs compositions distinctes.
Sur le plan électrique, le cuivre se distingue comme l’un des métaux les plus réputés pour sa conductivité électrique exceptionnelle, avec un indice de conductivité de 100 %. Le laiton présente environ 28 % de la conductivité du cuivre, tandis que le bronze est à la traîne, à environ 15 %.
Sur le plan thermique, le bronze possède la conductivité thermique la plus élevée parmi les trois, suivi du cuivre en deuxième position et du laiton avec la conductivité thermique la plus faible.
Densité et poids
Le cuivre, un élément pur, avec une densité relativement élevée de 8,96 g/cm³, présente le poids le plus élevé parmi les trois métaux. Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc dont la densité diminue à mesure que la proportion de zinc augmente. En effet, le zinc a une densité inférieure à celle du cuivre (7,14 g/cm³). Le bronze est principalement un alliage de cuivre et d'étain, dont la densité varie en fonction de la quantité d'étain ou d'autres éléments supplémentaires utilisés (tels que l'aluminium, le silicium ou le phosphore). La densité de l'étain est d'environ 7,31 g/cm³, ce qui est inférieur à celui du cuivre.
Dureté
Selon les valeurs de l'échelle de dureté Brignell, Bronze > Laiton > Cuivre.
Le cuivre pur est le plus mou des trois métaux, tandis que le bronze est le plus dur mais susceptible de se fissurer car il est plus cassant.
Résistance (élasticité et résistance à la traction)
La résistance fait référence à la capacité d’un matériau à résister à la déformation et aux dommages lorsqu’il est soumis à des forces externes. Il existe une forte corrélation entre la dureté et la résistance (à la fois l'élasticité et la traction). Les matériaux plus durs sont généralement plus résistants mais peuvent être moins ductiles. Donc, en termes de résistance, Bronze > Laiton > Cuivre.
Usinabilité
Le cuivre est un peu difficile à usiner en raison de sa douceur. En général, il faut des outils et des techniques adaptés pour un usinage efficace. Lors de l'usinage, il a tendance à produire des copeaux longs et filandreux, qui peuvent parfois causer des problèmes s'ils ne sont pas correctement gérés.
Le bronze présente une bonne usinabilité. Sa dureté et sa résistance modérées réduisent les risques de déformation, lui permettant de résister aux opérations de découpe et autres usinages. De plus, la plupart des alliages de bronze présentent des taux d’usure relativement faibles, contribuant ainsi à la durabilité des outils d’usinage. Cependant, certains alliages de bronze comme le bronze à haute teneur en silicium ou d'autres alliages de bronze spéciaux peuvent contenir des particules abrasives qui peuvent accélérer l'usure des outils lors de l'usinage.
Le laiton est hautement usinable par rapport au cuivre et au bronze. Il produit des copeaux plus courts et plus maniables, ce qui facilite leur usinage. De plus, le laiton contient parfois du plomb, ce qui améliore l'usinabilité.
Soudabilité
Les trois métaux sont soudables. Le cuivre est généralement considéré comme bon pour le soudage, mais sa conductivité thermique élevée nécessite un apport d'énergie plus élevé pour des soudures optimales. Cependant, le cuivre sans oxygène et le cuivre désoxydé excellent en termes de soudabilité en raison de leur sensibilité réduite à l'oxydation pendant le soudage, ce qui les rend très appréciés pour diverses applications.
Le laiton contient du zinc, qui a un point d'ébullition plus bas que le cuivre. Pendant le soudage, la vaporisation du zinc peut entraîner une porosité de la soudure et la libération de fumées dangereuses d'oxyde de zinc. Des techniques telles que le MIG, le TIG et en particulier le brasage sont couramment utilisées pour atténuer ces défis.
Le bronze peut présenter une fragilité dans la zone et la porosité affectées par la chaleur. Le soudage TIG est souvent utilisé pour le bronze afin de réduire ces problèmes.
Comment sélectionner le bon métal pour vos projets
Lors du choix du bon matériau pour un projet, il est important de prendre en compte toutes les propriétés de chaque métal et la manière dont elles affecteront votre projet. Certains des points clés à garder à l’esprit vous aideront à sélectionner de meilleurs matériaux.
Utilisation générale
Le bronze est le meilleur choix pour les applications marines en raison de son excellente résistance à la corrosion par l’eau de mer.
Le laiton est largement utilisé dans la vie quotidienne, comme les poignées de porte et les instruments de musique, en raison de son aspect doré.
La conductivité supérieure du cuivre le rend indispensable dans le câblage électrique et les échangeurs de chaleur. De plus, le cuivre est souvent utilisé pour fabriquer des flacons alimentaires et des chauffe-aliments en raison de ses propriétés antimicrobiennes.
Degré de polyvalence
Bien que le cuivre, le laiton et le bronze soient tous des métaux durables, ils présentent différents degrés de polyvalence.
Le cuivre se distingue par sa ductilité exceptionnelle, offrant une excellente flexibilité pour les procédés de fabrication impliquant le formage et le pliage des métaux.
Le laiton présente une excellente usinabilité et une malléabilité décente, ce qui le rend adapté aux composants décoratifs et fonctionnels nécessitant un usinage complexe.
Le bronze, bien que possédant une bonne usinabilité, n'a pas la ductilité du cuivre et du laiton, ce qui le rend moins adaptable aux applications nécessitant une déformation mais idéal pour les pièces et composants résistants à l'usure exposés à des environnements corrosifs.
Coût
Le coût du cuivre, du laiton et du bronze dépend principalement de la composition et des exigences de traitement. Le cuivre est le plus cher des trois métaux en termes de composition et de proportion d’éléments. Bien que tous les trois contiennent du cuivre, le pourcentage est bien inférieur dans le laiton et le bronze que dans le cuivre pur, car des éléments d'alliage y sont mélangés. Cela réduit le coût du laiton et du bronze.
Le coût du cuivre, du laiton et du bronze dépend principalement de la composition et des exigences de traitement. Le cuivre est le plus cher des trois métaux en termes de composition et de proportion d’éléments. Bien que tous les trois contiennent du cuivre, le pourcentage est bien inférieur dans le laiton et le bronze que dans le cuivre pur, car des éléments d'alliage y sont mélangés. Cela réduit le coût du laiton et du bronze.
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