Avez-vous déjà réfléchi à l'importance de la sélection des matériaux dans l'ingénierie ? Dans cet article de blog, nous allons explorer le monde fascinant du laiton et ses remarquables propriétés de résistance à la corrosion. En tant qu'ingénieur mécanique expérimenté, je vais partager avec vous des informations précieuses sur la façon dont le laiton résiste à l'épreuve du temps dans diverses applications. Préparez-vous à découvrir la science qui sous-tend la durabilité de cet alliage et apprenez à tirer parti de ses avantages dans vos projets.
Le laiton, un alliage Cu-Zn dont le zinc est le principal élément d'alliage, tire son nom de sa couleur jaune.
En fonction du type et de la teneur en éléments d'alliage ajoutés, le laiton peut être classé en trois catégories principales : le laiton monophasé, le laiton duplex et le laiton spécial.
Lorsque la teneur en zinc est inférieure à 36%, il forme une solution solide α monophasée, d'où le nom de laiton α. Lorsque la teneur en zinc se situe entre 36% et 45%, il devient un laiton duplex α+β.
Les laitons dont la teneur en zinc est supérieure à 45% sont impraticables en raison d'une fragilité excessive due à une trop grande quantité de phase β. Des laitons spéciaux sont formulés en ajoutant des éléments tels que Sn, Mn, Al, Fe, Ni, Si, Pb, etc. à la base Cu-Zn.
Le laiton se corrode lentement dans l'atmosphère et présente également une faible vitesse de corrosion dans l'eau douce pure (0,0025-0,025 mm/an). En revanche, il se corrode un peu plus rapidement dans l'eau de mer (0,0075-0,1 mm/an).
Les fluorures ont un impact minime sur la corrosion du laiton, les chlorures ont un effet plus important, tandis que les iodures provoquent une grave corrosion. Dans l'eau contenant des gaz tels que O2, CO2, H2S, SO2, NH3, etc., la vitesse de corrosion du laiton augmente fortement.
Il se corrode facilement dans l'eau minérale, en particulier dans l'eau contenant du Fe2(SO4)3. Le laiton subit une forte corrosion dans l'acide nitrique et l'acide chlorhydrique, se corrode plus lentement dans l'acide sulfurique et résiste aux solutions de NaOH. Le laiton résiste mieux à la corrosion par impact que le cuivre pur.
Les laitons spéciaux ont une meilleure résistance à la corrosion que les laitons ordinaires. L'ajout d'environ 1% Sn au laiton réduit considérablement la corrosion par dézincification et améliore sa résistance à l'eau de mer. L'incorporation d'environ 2% Pb dans le laiton améliore sa résistance à l'usure, réduisant ainsi considérablement son taux de corrosion dans l'eau de mer.
Pour éviter la dézincification, de petites quantités d'As, de Sb ou de P (0,02%-0,05%) peuvent être ajoutées. Le laiton naval contenant 0,5%-1,0% de Mn présente une résistance accrue et une excellente résistance à la corrosion. Dans le laiton contenant 65% Cu et 55% Cu, le remplacement d'une partie du Zn par 12%-18% Ni change la couleur en blanc argenté, d'où le nom de maillechort ou maillechort allemand.
Cet alliage présente une excellente résistance à la corrosion dans les sels, les alcalis et les acides non oxydants. La substitution importante du Ni par le Zn empêche la dézincification. Outre ces caractéristiques de corrosion, le laiton subit également deux formes importantes de corrosion : la dézincification et la corrosion fissurante sous contrainte.
Les facteurs qui influencent la corrosion fissurante sous contrainte dans le laiton sont le milieu corrosif, la contrainte, la composition de l'alliage et la microstructure. Un alliage spécifique ne subit des fissures de corrosion que dans certains milieux et dans des conditions de contrainte spécifiques.
Le laiton soumis à une contrainte de traction peut subir une corrosion sous contrainte dans tous les environnements contenant de l'ammoniac (ou NH4+), ainsi que dans l'atmosphère, l'eau de mer, l'eau douce, l'eau à haute température et à haute pression, et la vapeur. Par exemple, la fissuration des douilles de balles en laiton pendant la saison des pluies en été (également connue sous le nom de "fissuration saisonnière") est un exemple typique de fissuration par corrosion sous contrainte du laiton.
En outre, la morphologie de la corrosion fissurante du laiton peut être intergranulaire ou transgranulaire. Dans les solutions filmogènes, les fractures intergranulaires se produisent principalement, tandis que dans les solutions non filmogènes, les fractures transgranulaires sont plus fréquentes.
Le mécanisme de la corrosion fissurante du laiton est généralement considéré comme impliquant la formation d'un film fragile d'oxyde cuivreux sur la surface du laiton dans des solutions filmogènes. Ce film se rompt sous l'effet de la contrainte et de la déformation, entraînant la propagation de la fissure jusqu'au métal de base, qui s'arrête ensuite en raison du glissement, exposant la pointe de la fissure à la solution corrosive.
Le processus de pénétration intergranulaire, de formation d'une pellicule, de rupture fragile et de propagation des fissures se répète, aboutissant finalement à une surface de rupture en escalier. Dans les solutions sans formation de film, la contrainte entraîne la dissolution préférentielle des dislocations de la surface du laiton, ce qui conduit à la propagation de la fissure le long de la trajectoire de la densité de dislocation la plus élevée, provoquant ainsi la fracture.
Dans le laiton à faible teneur en zinc, les dislocations sont principalement cellulaires et les joints de grains présentent la plus forte densité de dislocations, ce qui entraîne des fractures intergranulaires.
Dans le laiton à forte teneur en zinc, les dislocations sont principalement planaires et les failles d'empilement sont les zones où la densité des dislocations est la plus élevée, ce qui entraîne des fractures transgranulaires.
En outre, la congrégation d'atomes de zinc au niveau des dislocations sous contrainte augmente la réactivité de ces sites, ce qui accroît la vitesse de propagation des fissures lorsque la teneur en zinc est plus élevée.
Des études expérimentales montrent que, dans les conditions atmosphériques, les atmosphères industrielles sont celles qui provoquent le plus facilement des fissures par corrosion sous contrainte dans le laiton, avec la durée de vie la plus courte, suivies par les atmosphères rurales ; les atmosphères marines sont celles qui ont le moins d'effet.
Ces différences dans les environnements atmosphériques sont dues aux variations de la teneur en SO2 (plus élevée dans les atmosphères industrielles, plus faible dans les atmosphères rurales et presque inexistante dans les atmosphères marines).
En résumé, les substances qui provoquent principalement la corrosion fissurante sous contrainte du laiton sont l'ammoniac et ses dérivés, ou les sulfures. L'effet de l'ammoniac est bien connu, tandis que le rôle des sulfures est moins clair. En outre, la vapeur, l'oxygène, le SO2, le CO2, le CN- ont un effet accélérateur sur la corrosion sous contrainte.
La contrainte de traction est une condition nécessaire à l'apparition de la corrosion fissurante dans le laiton. Plus la contrainte de traction est élevée, plus la sensibilité à la corrosion fissurante est importante.
L'élimination des contraintes de traction résiduelles par un revenu à basse température peut prévenir la corrosion fissurante du laiton.
Plus la teneur en zinc du laiton est élevée, plus sa sensibilité à la corrosion fissurante est importante. La teneur en zinc spécifique en dessous de laquelle la corrosion sous contrainte ne se produit pas dépend de la nature du milieu.
Par exemple, le laiton dont la teneur en zinc est inférieure à 20% ne subit généralement pas de corrosion sous contrainte dans les environnements naturels, mais le laiton à faible teneur en zinc peut subir une corrosion fissurante sous contrainte dans l'eau ammoniaquée.
Les effets des autres éléments d'alliage sur la corrosion sous contrainte sont les suivants :
Le silicium prévient efficacement la corrosion fissurante du laiton α. Le Si et le Mn améliorent la résistance du laiton α+β et β à la corrosion sous contrainte. Dans les atmosphères d'ammoniac, des éléments comme Si, As, Ce, Mg améliorent la résistance à la corrosion sous contrainte du laiton α.
Dans les conditions atmosphériques, Si, Ce, Mg, etc. renforcent la résistance à la corrosion sous contrainte. Des essais d'exposition dans des atmosphères industrielles indiquent que l'ajout d'Al, Ni et Sn aux alliages Cu-Zn réduit leur tendance à subir une corrosion fissurante sous contrainte.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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